Univerzita Hradec Králové

Fakulta informatiky a managementu

Katedra Informačních technologií

Nové technologie pro efektivní komunikaci s měřiči tepla.

Bakalářská

Autor: Josef Dušek Studijní obor: Informační management IM3-K

Vedoucí práce: Mgr. Josef Horálek

Hradec Králové listopad 2014

Prohlášení:

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a s použitím uvedené

literatury.

V Hradci Králové dne 13. 11. 2014 Josef Dušek

Poděkování:

Děkuji vedoucímu bakalářské práce Mgr. Josefu Horálkovi za metodické vedení

práce a za cenné náměty pro její vypracování. Poděkování patří také společnosti EOP

Opatovice nad Labem, a.s., kde jsem měl možnost získat podklady pro analýzu naměřených

dat.

Anotace

Tato bakalářská práce se zaměřuje na oblast energetiky zabývající se dostupnými

komunikačními technologiemi v oblasti teplárenství. Práce se konkrétně zabývá analýzou

a možnostmi využití vhodných nástrojů pro přenos dat mezi měřidly umístěnými na

jednotlivých odběrných místech rozvodné soustavy a datovou centrálou. Konkrétním cílem

práce je pak analyzovat technické možnosti jednotlivých typů komunikace s měřiči tepla a

přidružených zařízení. Ze získaných informací následně doporučit optimální technologii

pro praktické nasazení. První část práce je zaměřena na princip komunikace a principiální

popis dostupných měřidel. Dále je v práci zpracována problematika technologií, struktury

sítí a principy dálkového přenosu dat. Závěr teoretické části je věnován dostupným

komunikačním technologiím, jejich analýze a určení vhodnosti využití v energetickém

sektoru. Praktická část práce je zaměřena na kritéria jednotlivých variant v reálném

provozu a vyhodnocení efektivity reálného provozu. Závěr práce obsahuje doporučení na

základě teoretické a praktické analýzy.

Annotation

New Technologies for Effective Communication with Heat Meters.

This bachelor thesis focuses on the energy sector which deals with available

communication technologies in the field of heating. More specifically, the work is focused

on the analysis and the possibilities of using appropriate tools for data transfer between

gauges located at the supply points and data distribution headquarters. The specific aim of

this work is to analyse technical capabilities of individual types of communication with a

heat meters and associated equipment. The information gathered through the research is

subsequently used to recommend optimal technology for practical usage. The first part of

this work is focused on the principle of communication and principles description of

instruments available on the market. Furthermore, the problem of technology, networking

and the principles of remote data transmission are dealt with. The conclusion of the work is

devoted to the available communication technologies, their analysis and determination of

suitability of usage in the energy sector. The practical part focuses on criteria of individual

variations in actual operation and evaluation of effectiveness of actual operation. The

conclusion includes recommendations based on the theoretical and practical analysis.

Key words: heat distribution, gauges, energy sector, networking, remote data transmission

Obsah

1. Úvod ....................................................................................................................................................... 1

2. Systém centrálního zásobování teplem ................................................................................... 2

2.1 Měřící místo .................................................................................................................................... 2

2.2 Odběrné místo................................................................................................................................ 3

3. Princip dálkového odečtu ............................................................................................................. 3

3.1 Komunikace .................................................................................................................................... 4

3.2 Technický popis komunikace ................................................................................................... 5

3.3 Komunikační moduly .................................................................................................................. 6

4. Použitá měřidla a přidružená zařízení ..................................................................................... 8

4.5.1 Základní popis vybraného MT ..................................................................................... 12

4.5.2 Ovládací prvky ................................................................................................................... 12

4.5.3 Napájení ................................................................................................................................ 13

4.5.4 Rozhraní počítadla ............................................................................................................ 13

4.5.5 Ochrana proti nepovoleným manipulacím ............................................................. 14

4.5.6 Impulsní moduly ............................................................................................................... 14

4.5.7 Dispoziční vlastnosti M-Bus-modulu ........................................................................ 15

4.5.8 Připojení a konfigurace hardwaru ............................................................................. 16

4.5.9 Softwarový protokol ........................................................................................................ 16

5. Dále používaná zařízení – vodoměry, elektroměry ......................................................... 17

5.1 Vodoměry ................................................................................................................................. 17

5.1.1 Základní technický popis ............................................................................................... 18

5.1.2 Dálkové odečítání vodoměrů........................................................................................ 18

5.2 Elektroměry ............................................................................................................................. 19

6. Převodník komunikačních rozhraní – popis a funkce ..................................................... 20

6.1 Koncentrátor dat ........................................................................................................................ 21

7.1 Charakteristika M-Bus ............................................................................................................. 22

7.2 HW parametrizace ..................................................................................................................... 23

7.3 Základní způsoby komunikace měřidel s M-Bus ........................................................... 23

8. Sítě a jejich struktura ................................................................................................................... 25

8.1 Dělení sítí podle topologie ...................................................................................................... 25

8.1.1 Hvězdicová topologie ........................................................................................................... 26

8.1.2 Sběrnicová topologie (Bus topology) ............................................................................ 27

8.2 Dělení sítí podle druhu signálu............................................................................................. 27

8.3 Dělení sítí podle jejich rozlehlosti ....................................................................................... 28

8.4 Fyzická vrstva sítě ..................................................................................................................... 28

8.5 Linková vrstva ............................................................................................................................. 29

8.6 Síťová vrstva ................................................................................................................................ 30

8.7 Aplikační vrstva .......................................................................................................................... 31

9. Analýza komunikačních technologií v teplárenství ......................................................... 35

9.1 Porovnání přenosových technologií ................................................................................... 37

9.2 Komunikace GSM/CSD a GSM/GPRS ............................................................................... 38

9.2.1 CSD (Circuit Switched Data) .............................................................................................. 39

9.2.2 GPRS (General Packet Radio System) ............................................................................. 39

9.2.3 Volba přenosové techniky .................................................................................................. 39

9.3 Kritéria hodnocení .................................................................................................................... 40

10. Závěr ............................................................................................................................................... 45

11. Seznam použité literatury a datových zdrojů ................................................................. 46

12. Zdroje - obrázky ......................................................................................................................... 47

1

1. Úvod

Zlepšení poskytovaných služeb a optimalizace personálních zdrojů vede

dodavatele energií k hledání alternativ v odečítání a přenosu potřebných dat z měřidel

energií do centrálního sběrného místa. Propojením celosvětového obchodu s energiemi

vzniká nutnost včasné reakce na poptávané množství v energetických soustavách a

klasický způsob dodávek začíná být na pozadí. Trendem dnešního energetického know-

how je rychlá reakce na trh s energiemi a využití krátkodobých, ale finančně zajímavých

kompenzací energetických dodávek. Nové systémy mohou zajistit, díky své schopnosti

dálkové komunikace, definování maximálních požadavků na dodávky a následné

využití k optimalizacím dodávané tepelné energie. Tato energie je dále využita pro

kompenzace energetických špiček a přispívá k zabránění hrozícím energetickým

kolapsům soustavy. Jednou z možností řešení je zajištění sofistikovaných měřících

systémů. Tyto systémy poskytují okamžité měření a umožňují dodavateli optimalizaci

dodávek s následnou regulací zdrojů.

Bakalářská práce se tedy zaměřuje na komunikaci v teplárenství s měřiči tepla,

vodoměry a přidruženými zařízeními sloužících k rozúčtovaní spotřeb a následnou

regulaci soustavy. V práci je provedena analýza technologických možností, na jejímž

základě je doporučen optimální postup v oblasti rozvoje dálkového sběru dat.

Konkrétně je práce zaměřena na oblast systémů inteligentního měření energie,

komunikaci mezi datovou centrálou a měřiči umístěnými na jednotlivých odběrných

místech. Na základě těchto dat lze pro dodavatele energií přesněji vyhodnotit využití

zatížení soustavy, zefektivnění prováděných sběrů dat a využitím datového přenosu k

odstranění chybovosti tvořené lidským faktorem při fyzicky prováděném odečtu.

2

2. Systém centrálního zásobování teplem

Centrální zásobování teplem (dále CZT) je systém, který zajišťuje dodávky tepla pro

vytápění a ohřev teplé užitkové vody. Médium, horká voda nebo pára se připravuje

centrálně v teplárně nebo kombinovaném zdroji sloužícím pro výrobu elektrické energie.

Účinnější a ekologičtější variantou je kombinovaná výroba s využitím kogenerace.

Ze zdroje je teplonosné médium rozváděno pomocí horkovodního potrubí do předávacích

stanic nebo ke konkrétním odběratelům. Předávací stanice pro velké odběratele jsou

umístěny přímo v místě odběru, v případě bytové zástavby je tato stanice umístěna v centru

zástavby a sekundárním potrubím je dále rozváděna teplá voda až ke konečnému

odběrateli. V místě předání energie je umístěno měřící zařízení nazvané měřič tepla (dále

MT) sloužící pro odečet odebrané energie a pro následnou fakturaci odběrateli. Místa

umístění MT jsou:

• Předávací stanice – pro velkého odběratele nebo potřeby CZT.

• Bytový dům – je značnou částí z množství odběratelů v CZT.

• Komerční celek – obchody, kanceláře, sklady.

Od těchto odběratelů vzniká potřeba realizace přenosu naměřených dat. CZT je síť potrubí,

kde převážná část byla vybudována v minulosti, kdy nebyly technologie MT schopny

přenášet a zpracovávat naměřená data. Z tohoto důvodu není možné, pro nynější

komunikaci, využít žádných dříve umístěných přenosových technologií.

2.1 Měřící místo

Měřící místo je místem měření dodávané veličiny v zařízeních distribuční soustavy

pro předávací a odběrná místa. V praxi představuje soubor měřících prostředků a měřících

přístrojů připojených k jednomu měřícímu místu. Měřidla pro měření veličiny na

konkrétním měřícím místě jsou:

• Měřiče tepla – vyhodnocují množství odebraného tepla,

• vodoměry – zaznamenávají množství proteklé vody pro přípravu teplé užitkové

vody,

• elektroměry – slouží pro měření spotřeby technologie.

Tato měřidla mají různá komunikační rozraní umožňující přenos dat. Měřidla

obsahující integrovanou komunikační elektroniku umožňují přímé napojení do datové

3

komunikace. Pro měřidla, která neumožňují přímou datovou komunikaci (impulzní výstup)

je nutná instalace přidruženého zařízení zajišťujícího převod impulzů do datové

komunikace. Zaslaná data jsou zasílána na žádost externího systému nebo v důsledku

interní komunikace. Data vyvolaná interní komunikací je nutné neprodleně odeslat

externímu systému. Příkladem interní komunikace je MT, který zajišťuje přenos odečtů,

naměřených teplot, maxim výkonu a současně umožňuje zaznamenávat další informace do

vnějších zařízení oběma kanály.

2.2 Odběrné místo

Určení odběrného místa je dáno smlouvou o dodávce energie a vymezuje přechod

energie z vlastnictví dodavatele do vlastnictví odběratele. Nemusí přímo definovat

vlastnické rozhraní zařízení, ale zpravidla sdružuje více měřících míst. V těchto

sdružených místech se instaluje jeden ze systémů, který slouží ke koncentraci dat a zároveň

slouží jako převodník komunikačních rozhraní ve směru k dispečerskému pracovišti.

Odběrné místo slučuje data z jednotlivých měřidel (naměřené spotřeby tepla a parametry

dodávaného média v předávacích bodech). Do konkrétního odběrného místa je zpravidla

přenos zajištěn pomocí metalického spoje (kabelů).

3. Princip dálkového odečtu

Pro komunikaci s MT je možné zvolit základních pět způsobů přenosové

technologie – telefon, Ethernet, rádio, GSM, RS 232.

Přenos pomocí GSM modulu - Do měřícího zařízení je osazen modul GSM a

následný přenos probíhá přes mobilní sítě pomocí SMS zpráv. Pro příjem datové zprávy je

volen GSM modul napojený do modemu, ten následně odesílá data k vyhodnocení do PC.

Pro ostatní způsoby komunikací je využívána sběrnice M-Bus, do které jsou soustředěny

přenosy z jednotlivých měřidel. Měřidla neobsahující možnost osazení M-Bus modulem je

nutné dovybavit převodníkem, který převede impulzy do M-Bus výstupu. Sběrnice M-Bus

je dle typu schopna komunikovat přímo přes port RS 232 s PC nebo pomocí rádiového

přenosu zajistit spojení s modemem. Přímé spojení po telefonní lince nebo Ethernetu je

možné využít v případě místní dostupnosti této technologie. Následující schéma

znázorňuje sběr dat v CZT.

4

Obrázek 1 - Principy komunikace v CZT

Význam použitých zkratek: MT - měřič tepla, VDM -vodoměr, EL - elektroměr,

Sběrnice M-bus – dále popsána v kapitole 7, GSM - global system mobile - pracuje

pomocí rádiových frekvencí a připojuje se do sítě přes nejbližší buňku. Pro přenos se

využívají antény a na jejich dosahu je závislá oblast pokrytí, od stovek metrů až desítek

km, RS 232 - sériový port nebo sériová linka slouží pro komunikaci s rozhraním osobních

počítačů a dalších zařízení, Ethernet - souhrnu technologií pro lokální počítačové sítě

(LAN), Rádio – přenos pomocí vysokofrekvenčních elektromagnetických vln, Telefon -

telekomunikační zařízení, které přenáší hovor prostřednictvím elektrických signálů.

Dispečerský systém, do kterého jsou přenášena veškerá data, je umístěn

v dispečinku elektrárny, teplárny. Data jsou dále zpracovávána kontrolním programem a

následně odesílána ke kvitaci1 odpovědným pracovníkům.

3.1 Komunikace

Pro komunikaci jednotlivých zařízení v teplárenství je nutné si nejprve ujasnit

důležité aspekty typické pro tuto oblast energetiky.

• Umístění měřících zařízení,

1 Kvitace – termín využívaný v oblasti teplárenství ve významu potvrzení správnosti

5

• topologie sítě,

• využití již vzniklých komunikačních soustav,

• prostředí působící na daná zařízení.

Na základě těchto skutečností jsou volena převážně zařízení přímo určena pro

teplárenství, ale jejich škála využitelnosti je omezena. Způsob zvolené komunikace by měl

umožnit snadné začlenění měřidel do již vzniklé soustavy bez dalších nákladů na vytváření

nových komunikačních kanálů a upřednostňovat snahu o využití již standardních

komunikačních protokolů pro nově zřizované komunikační kanály. Většina používaných

měřidel disponuje optickým portem. Pomocí optického portu je možná parametrizace

přístroje s datovou přenosovou rychlostí 9600 b/s.

3.2 Technický popis komunikace

Požadované funkcionality u některých výrobců měřidel jsou soustředěny pouze na

vybrané funkce. Někteří výrobci se zaměřuji na otevřená modulární řešení, kde základ je

tvořen inteligentním modulem. Toto řešení je tedy v budoucnosti snadno nahraditelné

záměnou modulu. Platí to pro změnu technologie komunikace, ale i pro zásadní změnu

hardwaru. Ve všech ostatních případech mohou být vlastnosti modulu dálkově

uzpůsobovány změnou firmwaru. Jiní výrobci volí také modulární přístup, nicméně

výměnný modul slouží výlučně pro komunikaci. Měřidla musí společně zajistit plnění

těchto funkcí:

• Realizovat komunikaci,

• obsahovat hodiny reálného času,

• ukládat profily,

• měřit požadované hodnoty,

• provádět autonomní kontroly a zapisovat informace do záznamníku,

• komunikovat s okolím pomocí optických rozhraní,

• sofistikovaně obsluhovat displeje a další indikační prvky,

• reagovat a zapisovat signály narušení MT,

• měřit čtvrt hodinová maxima.

Hlavní komunikační kanál využívá různé modemové jednotky. Dle použité komunikační

technologie (GPRS/GSM/LAN/PLC/radio/wifi atd.).

6

3.3 Komunikační moduly

Měřidlo umožňující komunikaci pomocí rozhraní a M-Bus se připojí k portům

RS232. Tento sériový port nebo sériová linka slouží pro komunikaci s rozhraním osobních

počítačů a dalších zařízení. Jedná se o fyzickou vrstvu, kde data jsou přenášena postupně

za sebou v sérii, po jednom páru vodičů v každém směru, tímto jde o bezkonfliktní přenos.

V průmyslu je tento port pro své specifické rysy rozšířen o modifikace RS-422 a RS-485 a

bude i v budoucnu nadále používán.

.

Obrázek 2 - Devíti pinový D-Sub konektor DE-9 M

Měřidla mající jiné rozhraní se připojí přímo k příslušnému komunikačnímu

modulu stanice. Výhodou tohoto způsobu řešení je, že zároveň s daty z měřičů tepla je

možné snímat i další přídavné veličiny (tlaky, poruchové stavy, teploty, provozní hodiny

atd.). Na níže uvedeném znázornění je komunikace sběru dat do modulu výchozí brány

(gateway).

MT GSM GSM

GTW

MT

MT

Obrázek 3 - Obecné schéma s GTW

7

• GTW (výchozí brána) - zařízení které spojuje dvě sítě s různým protokolem. Brána

přijme od měřičů tepla zprávu a tu následně odešle do mobilní sítě GSM v patřičné

podobě, dále zajišťuje archivaci dat před přenosem.

• MT (měřič tepla) - dále popsán v kapitole 3.1.

• GSM (global system mobile) - pracuje pomocí rádiových frekvencí a připojuje se

do sítě přes nejbližší buňku. Pro přenos se využívají antény a na jejich dosahu je

závislá oblast pokrytí, od stovek metrů až desítek km.

Pokud disponuje měřidlo rozhraním RS232, vznikne přímé propojení telefonního

komunikačního spoje. Takto vzniklé spojení je samostatná linka RS232 a měřidlo je možné

řídit přímo z dispečinku. Pro tento princip komunikace musí měřidlo obsahovat vlastní

archiv a zpracovávat nejen parametry média, ale také spotřebu (GJ). Pokud jsou tyto

podmínky splněny, ubývá nutnost použití modulu gateway a zároveň koncentrátoru dat.

Obrázek 4 - Obecné schéma bez GTW

8

4. Použitá měřidla a přidružená zařízení

Množství výrobců měřidel tepla a jejich vzájemná nekoordinovanost v použitých

způsobech komunikace je nutná zohlednit. Někteří výrobci upřednostňují snadno

updatovatelná otevřená modulární řešení, kde je základ tvořen inteligentním modulem,

který je snadno zaměnitelný za novější verzi modulu. Další možností je změna firmwaru,

kterou je možné provádět dálkově nebo na komunikačních bodech. Ostatní výrobci volí

také modulární přístup, který je určen výlučně pro komunikaci. Při této volbě je řešena

pouze změna způsobu komunikace. Komplexní řešení změny komunikace je volba

poslední, ale je méně náchylné na poruchy a zpravidla volí jeden ucelený způsob použitých

komponentů. Zároveň je nutné, při podstatnější změně, demontáž měřidla a provedení

úpravy nastavení HW parametrizace certifikovanou zkušebnou. Měřiče tepla a přidružená

zařízení nové generace vhodná pro inteligentní měření a komunikaci by měla umožňovat i

následné funkce:

• Chybová hlášení,

• provozní hodiny a doba v chybovém režimu,

• napájení pro provoz měřidel ve spánkovém režimu,

• dálkové nastavení impulzních hodnot a stavu měřidel přidružených,

• snadná kompatibilita začlenění do dálkového přenosu soustavy.

Technologické požadavky MT jsou dnes na vysoké úrovni, a proto firmy, které

mají MT jen jako doplňkový produkt, nemohou konkurovat významným společnostem a

jejich technickým inovacím. Následující typy měřidel korespondují s nabízenými

produkty, které vyhovují dnešnímu standardu v teplárenství.

4.1 KONSTRU, Multical

Tento měřič tepla byl navržen pro komerční a průmyslové odběry v teplárenství.

Svojí odolnou konstrukcí a krytím IP67 může fungovat i v prašném a vlhkém prostředí.

Alternativním využitím je použitelnost pro měření chladu. Svým vysokým výkonem,

použitím pro velkou teplotní diferenci a rozšířením o dodatečné komunikační možnosti se

stává plně využitelným pro většinu odběrných míst.

9

Technická specifikace:

• Teplotní rozsah média od 2 °C do 180 °C,

• rozsah průtoku 0,6 m³/h až do 30 000 m³/h,

• snadná instalace a odečítání,

• dálkový odečet se čtyřmi komunikačními kanály,

• krytí IP67,

• 4 analogové výstupy,

• možnost současného použití dvou zásuvných modulů,

• GSM, M-Bus, RadioRouter, LonWorks, impulsní vstupy pro elektroměry a

vodoměry,

• záznamník dat s údaji za posledních 460 dní, 36 měsíců, jakož i programovatelný

datový záznamník,

• splňuje požadavky EN 1434:2007.

4.2 DANFOS, Infocal

Ultrazvuková měřidla tepla slouží pro přesné vyhodnocení dodaného tepla/chladu.

Vysoká přesnost a odolnost přístrojů umožňuje široké použití v teplárenství. Průtokoměry

měří proteklé médium pomocí ultrazvuku, tímto se stávají vysoce odolné proti ucpávání,

zaručují spolehlivé a přesné měření. Díky absenci pohyblivých částí v těle MT nevyžadují

žádnou údržbu.

Technická specifikace:

• Rozsah potrubí DN 50 – DN 400,

• s maximálním průtokem 15 – 3000 m2/h,

• pro teploty do 180 °C,

• přenosová rychlost je 300/600/1200/2400 Bd pro sériový port a 300/600 Bd pro

optický port

• M-Bus, impulsní vstupy, optický port.

4.3 EESA, SuperCal

Tyto měřiče tepla jsou navrženy převážně pro průmyslové využití. V minulosti se

výrobce specializoval na tento segment trhu. Díky menšímu počtu produkovaných měřidel

je společnost schopna zakázkové výroby i nestandardních měřidel (clonové MT, velké

dimenze).

10

Technická specifikace:

• Rozsah potrubí od DN 150,

• s maximálním průtokem 15 – 3000 m2/h,

• pro teploty do 180 °C,

• přenosová rychlost je 300/600/1200/2400 Bd pro sériový port a 300/600 Bd pro

optický port,

• M-Bus, impulsní vstupy, optický port.

4.4 SENSUS, Pollu Therm

Toto kalorimetrické počítadlo je určeno pro určení spotřebované energie v topení

nebo chladícím okruhu. MT je vybaven pro dálkovou komunikaci dvěma zásuvnými místy

pro zabudování komunikačních modulů. Výhodou tohoto MT je zjednodušení ověřování

možným oddělením samostatné ověřovací části Technická specifikace:

• Hodnota vstupního impulsu je programovatelná,

• vysoká frekvence měřících cyklů (2 sekundy pro teplotu, 4 sekundy pro průtok),

• integrovaný M-bus,

• USB rozhraní,

• impulsní vstupy, optický port.

4.5 LANDIS, Ultraheat

Měřidlo této společnosti je přímo určeno pro měření v teplárenství a odpovídá

možnostem využití pro topení, přípravu teplé užitkové vody nebo v chladicích zařízeních.

MT je možné plně vybavit všemi dostupnými komunikačními moduly. Dva zásuvné

moduly umožňují kombinace různých způsobů přenosu naměřených dat. Zásuvné moduly

M-Bus jsou rozšířeny i pro potřeby impulzních vstupů a tímto odpadá dodatečné osazování

převodníky u měřidel s impulzním výstupem. Zároveň je MT vybaven na vnějším krytu

optickým rozhraním, které umožňuje snadný přístup k optickému rozhraní počítadla a k

následnému rychlému vyčtení naměřených protokolu MT.

Technické specifikace:

• Snadná instalace a odečítání,

• dálkový odečet se čtyřmi komunikačními kanály,

• možnost současného použití dvou zásuvných modulů,

11

• GSM, M-Bus, RadioRouter, LonWorks, impulsní vstupy pro elektroměry a

vodoměry,

• záznamník dat s údaji za posledních 460 dní, 36 měsíců a 15 let, jakož i

programovatelný datový záznamník,

• splňuje požadavky EN 1434:2007,

• přenosová rychlost je 300/600/1200/2400 Bd pro sériový port a 300/600 Bd pro

optický port.

Pro požadavky v teplárenství je nutné definovat nejkompatibilnější měřič tepla.

Následující tabulka vyhodnocuje pět klíčových výrobců měřidel na dnešním trhu.

Parametry jsou bodovány od jedné do deseti nebo ano za deset bodů a ne nulou. Vyšší

hodnota odpovídá lepším vlastnostem vyhodnocovaného parametru. Vyhodnocované

parametry jsou čtyři, ostatní hodnoty porovnávaných měřidel jsou shodné u všech výrobců

MT.

Tabulka 1 – Porovnání parametrů MT

výrobce komunikace

El., VDM, MT

dva zásuvné moduly kompatibilita

zastoupení servis vyhodnocení

KONSTRU, Multical 10 10 10 10 8 4 52

DANFOS, Infocal 0 3 5 0 6 6 20

EESA, SuperCal 0 0 5 0 2 4 11 SENSUS, Pollu Therm 0 0 8 10 6 4 28

LANDIS, Ultraheat 10 10 10 10 8 8 56

Nejlepšího výsledného hodnocení dosáhl MT společnosti ULTRAHEAT firmy

Landis. Širším popisem tohoto MT se zabývají následující kapitoly. Tyto MT jsou svými

parametry nejvíce použitelné pro zřízení dálkového sběru dat. Měřidla ostatních výrobců

jsou prakticky využívána jen v případech nekompatibilních technologických požadavků

rozvodné sítě. Měřičem tepla schopným konkurovat ULTRAHEATu firmy Landis, je

měřič od výrobce Kamstrup. Požadované parametry jsou vesměs totožné, ale dodavatel

nesplňuje požadavky zastoupení v ČR. Dalším problémem je neschopnost flexibilně

reagovat na požadavky snížením ceny při větším poptávaném množství MT a nedostatečný

servis včetně zákonem stanoveného pravidelného ověřování měřidel. V následující části je

podrobně představen MT společnosti Landis. Z jeho funkčních prvků si lze utvořit

systémovou strukturu měřičů tepla i jiných výrobců.

12

4.5.1 Základní popis vybraného MT

Měřiče tepla, stejně jako rozdělovače topných nákladů, slouží ke sledování spotřeby

tepla. Měřiče tepla mají schopnost měření fyzikálního toku energie. V moderních měřičích

tepla je využita kombinace moderní mikropočítačové techniky s inovační ultrazvukovou

technikou. Tato technologie nevyužívá žádné mechanické díly a nevzniká nutnost oprav

pohyblivých součástí MT. Z důvodu využití tohoto inovativního způsobu měření

nepodléhá tato technika opotřebení a po dlouhou dobu nevyžaduje údržbu. MT se

vyznačují vysokou přesností a snadnou instalací.

Obrázek 5 - Příklad ultrazvukového měřiče tepla [1]

Proteklé množství se měří ultrazvukovým impulsem, ten je vyslán měřícími

sondami proti proudu média a následně zpět po proudu média. Po vyhodnocení časové

odchylky, která vznikne následkem zkrácení doby signálu po směru proudu média, je

vypočten objem topné vody. Vyhodnocení dodané energie je získáno výpočtem z teplotní

diference mezi teploměrným čidlem umístěným v přívodu a zpátečkou potrubí a objemem

proteklé topné vody. Výsledek v požadovaných fyzikálních jednotkách kWh, MWh, MJ,

GJ je zaznamenám v paměti měřidla a zobrazen na displeji elektroniky MT.

4.5.2 Ovládací prvky

Tlačítka na vnějším krytu slouží pro uživatelský přístup. Pod tímto krytem se

nachází servisní tlačítko a kalibrační kontakt. Kalibrační kontakt je chráněn úřední

samolepicí značkou. Vnějším přístupem je optické rozhraní umožňující datový přenos do

nebo z počítače pomocí servisního softwaru.

13

Obrázek 6 - Přední část elektroniky MT [2]

Pomocí LCD tlačítek 1 a 2 (“LOOP“) se provede přepnutí na další úroveň

měřených nebo nastavených hodnot. Zobrazení displeje měřiče je rozděleno do několika

úrovní (LOOPs) neboli smyček. Další funkcionalitou MT je ukládání hodnot předchozího

roku. Počítadlo ukládá naměřené hodnoty množství energie, objemu, tarifních rejstříků,

stavu poruchových hodin a dobu provozu s průtokem stejně jako aktuální maxima pro

průtok, tepelný výkon, teplotní diferenci teplot v přívodním i vratném potrubí, a to i s

příslušnými datumovými razítky k ročnímu dni odečtu. V případě záznamu měsíčních

hodnot jsou ukládány naměřené hodnoty maximálních teplot, spotřeby, provozních hodin,

poruchových hodin, výkonu.

4.5.3 Napájení

Měřiče tepla mohou využívat napájení z baterie nebo z napájecího síťového

modulu. Na použitém typu baterie závisí délka provozu MT, ale je i značně ovlivněna

požadavky (například krátký interval měření, analogový modul, apod).

Příklad doby životnosti uváděné výrobcem: Pro interval měření proteklého množství Q = 4

s a interval měření teplot T = 30 s a se standardními impulsy M-Bus (odečet max. každých

15 min.) je životnost baterie 11 let, i tento aspekt je třeba zhodnotit ve způsobu

zvolení technologie dálkových odečtů. Většina přístrojů automaticky rozezná, zda je

napájen z baterie nebo z napájecího síťového modulu.

4.5.4 Rozhraní počítadla

MT jsou od výrobce vybaveny optickým rozhraním podle EN 62056-21:2002. Pro

pořízení dálkového odečítání lze využít současně až dva z následujících komunikačních

modulů:

14

• Impulsní modul s volným potenciálem (open collector), modul vysílá impulzy

přímo úměrné požadované veličině.

• CL modul (pasivní 20 mA proudová smyčka podle EN 62056-21:2002), modul

má využití při dálkovém odečtu od bodu měření k měřiči v odběrech se špatným

přístupem k MT, např. šachty, podsklepené objekty.

• M-Bus modul podle EN 1434-3, pomocí tohoto modulu lze z jedné centrály

odečítat více měřičů tepla.

• M-Bus modul G4, moduly nové generace určené pro nové typy MT.

• M-Bus modul G4-MI, rozšířená verze pro případy požadavku dvou impulzních

výstupů.

• Analogový modul, přeměňuje vybranou měřenou hodnotu vždy na jeden výstupní

analogový signál.

• Rádio modul, s pomocí externí antény umožňuje bezdrátové odečítání do

vzdálenosti 100m, při frekvenci 433Hz a max. jednom odečtu za den.

Tyto moduly nemají zpětné působení na záznam spotřeby a mohou být proto využity i pro

přenos odečtu k odběrateli.

4.5.5 Ochrana proti nepovoleným manipulacím

Umožňuje účinné zjišťování neoprávněné manipulace s měřidly, zabránění

podvodům a snižování míry netechnických ztrát. V době mimo provoz nebo odebrání

měřidla se zaznamenává čas a datum do interní paměti MT. Způsoby kontroly podvodného

jednání:

• Otevření krytu MT zajištěno plombou,

• odpojení a zkrat teplotních čidel,

• záznam času a data při odebrání MT,

• zápornou deltu teploměrů.

4.5.6 Impulsní moduly

Měřiče tepla využívají pro komunikaci celou řadou impulzních modulů. Impulsní

modul pracuje na principu vyslaného impulzu, který je přímo úměrný 1:1 měřené veličině

nebo požaduje nastavení impulzního čísla koeficientem přepočtu. Nové typy MT mají

k dispozici dva kanály, jejichž funkce je parametrizována pomocí servisního softwaru.

15

Vysílání probíhá ve formě standardních impulsů nebo jako “rychlé impulsy”. Délka trvání

impulsu je totožná pro kanál 1 i pro kanál 2. Od impulzních modulů v teplárenství je

požadována snadná instalace, odolnost, přesnost a spolehlivost přenosu.

Druhy impulsních modulů:

M-Bus modul G4 – nejpoužívanější

Zásuvný modul M-Bus lze do MT instalovat dodatečně. Pomocí těchto modulů je

možné jednou centrálou provádět odečet více měřidel. Změna struktury dat je prováděna

pomocí propojky (Jumper). Přenášenými parametry jsou: identifikační číslo odběru,

naměřené veličiny, data, času a adresy. Dále je M-Bus technologiím věnována kapitola 6.

Obrázek 7 - M-Bus G4 zásuvný modul

Analogový modul

Výstupem je vždy jeden analogový signál. Pomocí transformace měří modul

volitelnou měřenou hodnotu (průtok, tepelný výkon, teplotní diference, teplota v přívodu,

teplota ve zpátečce).

Radio modul

Zobrazení probíhá na LCD RM radio (modul)a použitá frekvence je 433MHz

s dosahem 200metrů (s integrovanou anténou). Volená frekvence odečítání max. 1 odečet

za den.

GSM/GPRS modul

Slouží pro získávání dat s využitím přes http, email nebo transformační M-Bus.

Modul využívá integrovaný M-Bus Master, který je schopen přenášet odečet z až 8 měřičů

používajících M-Bus výstup. M-Bus vysílá přes externí anténu.

4.5.7 Dispoziční vlastnosti M-Bus-modulu

M-Bus modul je schopen automatického rozeznání přenosové rychlosti. Používané

přenosové rychlosti jsou 300 / 1200 / 2400 / 4800 Baud (lze pomocí M-Bus modulu

přepínat). Přenos probíhá se čtvrt hodinovou aktualizací, která je podstatná pro vyúčtování

maxim. Přenášené hodnoty jsou - číslo přístroje, množství tepla, objem, průtok, výkon,

teplota v přívodním potrubí, teplota ve vratném potrubí, teplotní diference, hodnoty

16

minulého roku, maxima, provozní dny, dny ve stavu poruchy, měřící perioda, porucha, den

odečtu, měsíční den odečtu, místo instalace, čas systému, hodnoty minulého měsíce.

Použitý hardware a software je stanoven podle DIN EN 1434-3.

4.5.8 Připojení a konfigurace hardwaru

Měřič tepla je opatřen automatickým rozpoznáním přidaného komunikačního

zařízení a zobrazí jej pomocí LCD (po vyvolání zobrazovacím tlačítkem).

Montáž přidaného zařízení: M-Bus-modul se zasune do zásuvného spojení a po

zajištění šroubem a plombou je modul mechanicky upevněn. Přenosový kabel je veden

průchodkou v krytu MT a připojí se na svorky 24 & 25 modulu, případné stínění kabelu se

přisvorkuje pod příslušnou příchytku v místě svorek. Pomocí kódovacího konektoru lze

nastavit následující provozní režimy:

• pevný přenosový rámec

• variabilní přenosový rámec

4.5.9 Softwarový protokol

Kompletní detailní popis M-Bus-protokolu poskytuje DIN EN 1434-3 a níže

uvedená část M-BUS (Meter-Bus) - základní popis komunikačního protokolu (viz kapitola

6).

Nové měřiče tepla jsou dodávány v základním nastavení, parametr normálního

režimu, adresa 0, číslo zákazníka a sekundární adresa má stejnou hodnotu, přenosová

rychlost 300 Bd (baud).

17

5. Dále používaná zařízení – vodoměry, elektroměry

Pro provoz technologií v teplárenství jsou používány nejen MT, ale i další měřidla

umožňující měření vody a elektřiny. Z těchto měřidel je pro ucelenost systému dálkového

odečtu dat nutné bezpodmínečné zajištění přenosu s využitím stávajících přenosových

technologií. Problémem při zřizování komunikace z těchto měřidel je vlastnictví měřidel a

nutná spolupráce dotčených vlastníků.

5.1 Vodoměry

V dřívějších dobách neumožňovaly vodoměry sofistikované řešení využití

přenosových technologií. S dnešním vývojem technologie, především díky prudce se

rozvíjející elektronice a počítačovým systémům, dochází ze strany výrobců k rozšíření

nabídky vodoměrů s možnosti dálkového sběru dat. V minulosti byl dálkový odečet

přenášen pomocí drátových sběrnicových systémů, v současnosti se začínají výrobci

přiklánět k bezdrátovým systémům dálkového odečtu. Tento dálkový bezdrátový odečet

pracuje na principu rádiových frekvencí a je provozován vždy v povoleném pásmu

radiových frekvencí.

Obrázek 8 – KADEN, typ vodoměrů S060 (studená voda) a S065 (teplá voda) [3]

Z vodoměru jsou odesílána data do přijímače (koncentrátoru) prostřednictvím

vestavěného bezdrátového vysílače. Vodoměr při požadavku dat pravidelně přenáší datové

pakety každých 16 sekund. Přijímač datového paketu může být ruční terminál, USB čtečka

a odečet může probíhat přímo z jedoucího automobilu. Další možností sběru dat je odečet

automaticky prostřednictvím Radio Link (automatického odečítacího systému). Vodoměr

je také možné integrovat do stávající bezdrátové sítě elektroměrů nebo měřičů tepla, která

je známa pod pojmem multiutility systém odečítání měřičů. Programové vybavení pro

odečty vodoměrů prostřednictvím USB čteček je poskytované zdarma a je k dispozici na

webových stránkách daného výrobce zařízení.

18

5.1.1 Základní technický popis

Mezi nejvyspělejší produkty dnešní doby patří unikátní vodoměr s možností

dálkového odečtu. Tyto vodoměry jsou rozpoznatelné podle LCD displeje místo

klasického mechanického počítadla. Veškerá přenosová technologie, vysílač i přijímač, je

uschována v těle vodoměru. Životnost baterií je udávána výrobcem 7 let. Při běžném

provozu je vodoměr v klidovém stavu, v případě požadavku odeslání odečtu je pomocí

obslužného softwaru "vzbuzen" s následným odesláním dat a vrácen do klidového režimu.

Odečet stavu vodoměru se provádí pomocí radiomodulu R-COM a připojeného přenosného

počítače (notebook, PDA). Doba odečtu jednoho vodoměru je 20 vteřin. Při použití

v panelové železobetonové výstavbě je nutné pořízení odečtu v podlaží umístěného

vodoměru. V ostatních případech je přenos dat rychlejší a probíhá kontinuálně v datových

větách a pomocí softwaru jsou exportovány do různých aplikací, sloužících pro následné

rozúčtování nákladů na vodu a ohřev teplé vody konečným odběratelům. Dálkovým odečty

poskytuje mnoho užitečných dat, měsíční spotřeby, neoprávněnou manipulaci (magnet),

průtok.

5.1.2 Dálkové odečítání vodoměrů

Díky technologii dálkového odečítání vodoměru není již nutná účast odběratele a

téměř zaniká možnost chybějícího nebo nesprávného odečtu. Výhodou je rychlý a

podrobný přehled o provozním stavu a odebrané spotřebě. Během dálkového odečtu je

odesílán paket informací s následujícími informacemi:

• Současný stav na počítadle vodoměru,

• odečet ke dni aktuálního měsíce,

• neoprávněná manipulace s měřidlem,

• identifikační číslo.

Vodoměry obsahují interní kalendář, který zajišťuje dostupnost informací k danému datu

bez ohledu na to, kdy probíhá odečítání. Tohoto lze využít pro získání celkového přehledu

o dodávkách v dané oblast. Dalšími výhodami je celkové vylepšení služby zákazníkům,

zobrazení spotřebu odběratele, ukládání až 50 událostí, archivace měsíčních spotřeb až 36

měsíců, okamžité vyčtení odečtených hodnot v případě sporu.

19

5.2 Elektroměry

V teplárenství není přenos z elektroměrů dominantní záležitostí a užití elektroměrů

a následný přenos je využíván jen v menší míře. Do budoucna je předpoklad využití

dálkového přenosu zpřístupněním naměřených hodnot poskytovatelem (např. služba ČEZ

online). Přenos z elektroměrů je využit jen v případě podružného měření a je z pravidla

řešen M-Bus rozhraním. Elektroměrů v energetice je nabízená celá řada, ale v teplárenství

je využívané jen komunikační rozhraní pro naměřené spotřeby. Pokud není možnost

použití komunikace z elektroměru, je volena cesta vlastního podružného elektroměru

s příslušnou komunikací. Používané komunikační moduly s integrovaným rozhraním M-

Bus umožňují nejúspornější modernizaci nebo výměnu přenosových technologií. M-Bus

podporuje připojení měřičů od různých výrobců. Technologie M-Bus umožňují připojit až

čtyři další měřiče přes radiový M-Bus. U široce rozptýlených měřicích bodů umožňuje

speciální modul RF M-Bus bezdrátové připojení dalších měřičů, a tedy vyhnutí se

nákladné drátové instalaci. Dále je možné v komunikaci, v případě delších vzdáleností,

využít technologie GSM/GPRS rozhraní. Elektroměry umožňující dálkovou komunikaci

jsou využívány k monitoringu maximální spotřeby a kvality sítě, které jsou klíčovými

faktory pro energetické společnosti.

20

6. Převodník komunikačních rozhraní – popis a funkce

Pro komunikaci s měřiči tepla po kabelové síti je využíván převodník. Převodník

zajišťuje převod dat do unifikované formy a jejich následný přenos do dispečerského

pracoviště. Převodník pravidelně komunikuje s jednotlivými měřiči pomocí dotazu. Na

žádost operátora může být vyvolán tzv. „horký dotaz“, cyklus periodického sběru dat je

přerušen, proběhne stažení dat z požadovaného měřiče a poté je obnoveno pravidelné

dotazování. Měřiče umožňující komunikaci jsou vybaveny elektrickým rozhraním (např.

M-BUS, SIOX, RS485) a programovým vybavením určitého protokolu. Pro komunikaci se

sběrnicí je nutná shoda elektrického rozhraní s příslušným protokolem. Při použití více

komunikačních protokolů v dané lokalitě se musí základní modul rozšířit o všechny

použité typy komunikačního rozhraní. Výrobci měřidel nepoužívají shodné elektrické

rozhraní, jen podobné (např. RS485) a následně vybavují MT různými protokoly. Při

výběru typu měřidel pro danou lokalitu je tímto nezbytné volit shodné komunikační

rozhraní a komunikační protokol. Z převodníku k dispečerskému pracovišti centrálního

zásobování teplem (dále CZT) je již přenášen standardní datový rámec bez ohledu na typ

měřiče, ze kterého jsou data snímána.

Pro přenos komunikace se využívají technologie:

• Rádiová komunikace,

• pevné telefonní přípojky,

• optické kabely,

• GSM nebo mikrovlnné pojítko.

Pro využití a volbu přenosové sítě je vhodné využít již stávající sítě, pevné telefonní

přípojky nebo zvážení nákladů na realizaci další technologie (GSM, mikrovlnné pojítko).

Technologie komunikující pomocí GSM umožňuje přenos většího množství archivovaných

dat nebo využívá SMS zpráv. Dalším způsobem komunikace je princip předplacené služby

(GO, TWIST), což přináší výhodu z hlediska nákladů a je hojně využívána v teplárenství.

Nevýhodou tohoto principu je zvolená delší časová prodleva mezi odesíláním zpráv (běžně

volený třídenní přenosový interval). Umístění komunikačního modemu je v plastové

skříňce, která je z pravidla montována na nejbližší stěnu. Nutností pro funkčnost zařízení je

přívod elektrické energie 230V nebo použití olověných baterií. Životnost baterií je přímo

21

závislá na dostupnosti GSM signálu, na periodě sběru dat i periodě přenosu dat na

dispečink. Doba životnosti provozu napájení nezávislém na síti je až jeden rok.

Komunikace probíhající na principu mikrovlnných pojítek, rádiové komunikace a

optického kabelu umožňuje trvalé připojení zařízení na dispečink a tím i trvalý dohled nad

provozem topného systému. Nevýhodou jsou poměrně značné počáteční pořizovací

náklady. Volba vhodného typu komunikace je zásadní při rekonstrukci dané horkovodní

nebo teplovodní soustavy. Podél těchto rozvodů je vhodné uložení komunikačního kabelu

a páteřních optických tras. Tyto trasy lze i následně využít pro další komunikace nebo k

pronájmu nevyužité kapacity.

6.1 Koncentrátor dat

Pro přenos dat na dispečink je nutné využití koncentrátorů dat. Koncentrátory dat

disponují standardně pamětí 56 až 128kB. Tento prostor je využíván pro ukládání dat po

dobu, než proběhne přenos na dispečink. Standardní dobou pro držení dat v paměti

koncentrátoru je pět dní, což představuje např. poruchu na komunikaci. Příjem dat

z měřidel je kontrolován na správnost přenosu, kde se eviduje četnost chyb v komunikaci a

hlášených poruch měřidel. Ukládání dat do archivu probíhá kontinuálně v předem

stanovených intervalech.

22

7. M-BUS (Meter-Bus)

Sběrnice M-Bus (z anglického Meter-Bus) slouží pro průmyslové využití přenosu

dat. Je dána Evropským standardem pro dálkové odečty měřidel sloužících pro přenos v

oblasti měření, regulace topných systémů, odběru vody a elektrické energie. Struktura

určena pro přenos dat je založena na sériovém asynchronním přenosu po dvouvodičové

sběrnici s možností přímého napájení účastnických stanic. Všechny měřiče jsou

adresovány individuálně.

Standardizovaný protokol nabízí uživatelům využití kombinace různých systémů

od různých výrobců. Struktura systému je hierarchická, s řídící jednotkou a vzájemně

propojenými přístroji datovým kabelem. Vzájemná komunikace probíhá tak, že řídící

jednotka vyšle dotaz a čeká na odpovědi podřízených přístrojů. Ovládání řídící jednotky je

z PC nebo přímo vlastní klávesnicí (dle typu).

Dotaz – řídící jednotka => přístroj

Odpověď – přístroj => řídící jednotka

7.1 Charakteristika M-Bus

Technologie M-Bus může zajistit propojení i rozsáhlých přenosových soustav

(řádově několika set) na velké vzdálenosti (až několika kilometrů). Kvalita přenášených

dat musí být zabezpečena proti případným chybám. Používaná přenosová rychlost do

9600 Bd a nízké požadavky MT na výpočetní výkon procesoru umožňuje použití všech

vrstev OSI (Open Systems Interconnect - snaha o standardizaci komunikace) modelu.

Výhodou usnadňující komunikaci je snížení nutnosti častého odečítání naměřených hodnot

a odezvy v reálném čase.

Standardní konfigurace používané většinou výrobců lze shrnout do následujících bodů:

• Speciální implementace fyzické vrstvy,

• galvanicky oddělené rozhraní,

• možnost napájení účastníků přes sběrnici,

• dvoudrátové vedení s délkou až několik kilometrů,

• řízení komunikace na principu Master - Save,

• bez implementace síťové vrstvy je možné využít maximálně 250 účastníků,

• asynchronní přenos znaků, 8 bitů dat, sudá parita,

• přenosová rychlost 300 až 9600 Bd,

• zabezpečení datového bloku pomocí kontrolního součtu.

23

7.2 HW parametrizace

M-Bus je u některých typů měřidel přímo integrován, ale u většiny dnes

dostupných zařízení je samostatným zařízením. Modul je zásuvný s umístěním v části

elektroniky měřidla pod ochranným krytem měřicího přístroje. Počet připojených zařízení

komunikujících pomocí protokolu M-Bus je dán parametry sítě (viz kapitola 7). Systémy

neumožňující připojení do sítě M-Bus je možné dodatečně připojit např. prostřednictvím

převodníku 232 / M-Bus. Tyto převodníky se chovají transparentně bez změny softwaru.

7.3 Základní způsoby komunikace měřidel s M-Bus

Komunikace probíhá pomocí dvoudrátové sběrnice na principu běžného telefonního

kabelu. Jde o speciální implementaci fyzické vrstvy s poloduplexním přenosem dat a

řízeným přístupu ke stanici. Stanice – MM (měřící místo) je definována vlastnostmi

přenosové sítě.

Obrázek 9 – Komunikace systému s měřícím místem

Jednotlivá měřící místa jsou napájena po stejném vedení využívajícím M-Bus

komunikaci. Pro přenos dat od řídící stanice do jednotlivých měřících míst je využívána

změna napěťové úrovně a v opačném směru je využívána změna proudové úrovně.

Konstantní napětí ze stanice je +36V, které odpovídá logické jedničce. Poklesem napětí o

+12V je definována logická nula. Rozdíl těchto dvou napětí je +24V, které slouží

k napájení jednotlivých podřízených měřících míst.

Pro komunikaci opačným směrem (z měřících míst ke stanici) je logická jednička

definována velikostí odběru proudu 1,5mA. Pro logickou nulu je definován nárůst proudu

z měřícího místa o 11 až 20mA. Napětí +36V může být využito pro napájení jednotlivých

měřidel nebo pro napájení dalších zařízení. Na řídící stanici jsou kladeny nároky dle počtu

měřících míst. Při vyšším počtu jsou kladeny vysoké nároky na budič stanice. Stanice musí

reagovat na proměnné změny napětí sítě, nikoli na její absolutní hodnoty. K těmto změnám

dochází v důsledku změny odporu vedení, změny počtu měřících míst a provozním

24

manipulacím. Vzhledem k parametrům fyzické vrstvy se tato zařízení vyznačují vysokou

odolností vůči rušení vnějších vlivů. Konstrukce M-Bus komunikačních jednotek není

zcela jednoduchá, a proto jsou poměrně rozšířené převodníky M-Bus/RS-232. Pracují za

pomoci opakovačů (repeater) a využívají fyzické vrstvy M-Busu.

Obrázek 10 – Komunikace řídicího systému plus převodník 232/M-Bus

M-Bus jednotky pracující na vyšších vrstvách jsou vzácnější, kromě běžných funkcí

dovedou pracovat jako zónový řadič. Funkce je založena na vlastní M-Bus adrese a

přijímání příkazů. Slouží pro následné změny v komunikační rychlosti, odpojení/připojení

části sítě od sběrnice, oznámení stavu sběrnice.

25

8. Sítě a jejich struktura

Sítě a užití typu sítí musí byt klasifikovány podle různých hledisek. Důležitými

aspekty jsou - topologie sítě, rozlehlost připojovaných zařízení, dále druh přenášeného

signálu, přenos dat, požadavek uživatele.

Používané moduly jsou založeny na RM-OSI modelu se schopností využít téměř

jakéhokoliv komunikačního protokolu. Využívaná struktura sběrnicového typu (pro využití

v průmyslových aplikacích nejefektivnější řešení), kde je využívána jedna společná linka.

Výhodami je, že připojování a odpojování komponentů nemá vliv na samotnou

komunikaci, lze připojit více stanic na jednu společnou komunikační linku. Nevýhodou je

ve stejném čase přenos dat jedné stanice.

Tabulka 2 -Vrstvy OSI modelu průmyslové sběrnice M-BUS (Meter-BUS)

Vrstva OSI modelu Funkce Standard

Aplikační Struktura dat, typy dat

akce EN1434-3

Síťová rozšířené adresování (volitelné) -

Linková

parametry přenosu, formát

telegramu, adresování, integrita

dat

IEC 870

Fyzická kabel, bitová reprezentace,

topologie, elektrická specifikace. M-Bus

8.1 Dělení sítí podle topologie

Pro výběr vhodné komunikační technologie je důležité určení vhodnosti použitého

typu struktury sítě. Ve většině místních sítí jsou používány některé z následujících metod

(topologií) k propojení komponent v systému.

26

Obrázek 11 – Ukázka propojení sítí

8.1.1 Hvězdicová topologie

V počítačových sítích označuje propojení do útvaru připomínající hvězdu. Jde o

nejpoužívanější způsob propojení počítačů. Každý z prvků sítě je spojen pomocí kabelu

k centrálnímu (hub, switch) prvku sítě. Pro komunikaci dvou prvků existuje jen jedna

cesta, přes centrální prvek. Tento způsob vychází z počátku používání výpočetní techniky,

kdy byly počítače připojeny k centrálnímu počítači. V případě poruchy dojde k výpadku

celé sítě, proto je nutné preventivní opatření záložním zdrojem.

Výhody:

• Při selhání jednoho počítače nebo uzlu, výpadek postihne jen jednu stanici,

• dobrá výkonnost,

• nedochází ke kolizi paketů,

• snadno se nastavuje a rozšiřuje,

• jednoduchá diagnostika závad,

• přenos dat z více počítačů najednou.

Nevýhody:

• Pro rozlehlé sítě větší počet kabelů,

• samostatný kabel pro každé zařízení,

• kolaps sítě při selhání centrálního prvku,

• samostatný hardware v porovnání se sběrnicovou topologií.

27

8.1.2 Sběrnicová topologie (Bus topology)

Jde o nejrozšířenější způsob komunikace s měřidly v teplárenství. Princip

komunikace je v zapojení jediného přenosového média (sběrnice) s propojením se všemi

uzly sítě. Výhodou jsou nízké pořizovací náklady, jednoduchost. Nevýhody se mohou

projevit při souběžném odesílání dat ze dvou zařízení ve stejném okamžiku v síti -vznik

kolize. Pro předcházení kolizím musí byt používány systémy náhodného přístupu, které

zabraňují těmto kolizím a v případě, že nastanou - řeší je. Celá síť využívající sběrnicové

topologie je jedna velká kolizní doména.

Výhody:

• Snadná implementace a rozšíření,

• menší nároky na množství kabeláže,

• nízké pořizovací náklady.

Nevýhody:

• Problematická identifikace závad,

• použití pro malé sítě,

• lokální porucha vyřadí celou síť,

• při zatížení klesne výkon celé sítě.

8.2 Dělení sítí podle druhu signálu

Analogová síť - pracuje s analogovým proměnným signálem spojitým (nebo po

částech spojitým) v čase. Analogový signál můžeme rozdělit podle média použitého pro

přenos.

• Elektrický,

• akustický,

• optický.

Digitální síť – používá signály, které mají jednotlivé šířky převážně analogové sítě. Oproti

analogové síti má snadnější ukládání informací, riziko ztráty kvality signálu a degradace

přenášených informací. V důsledku malého množství vznikají další nevýhody - vyšší cena,

složitost obvodů, spotřeba větší energie a nutnost prvků chlazení. Pro potřeby komunikace

v CZT je dostatečná analogová síť s převažující měrou elektrického přenosu. Pro nově

28

rekonstruované páteřní větve je souběžně s potrubím pokládám optický kabel, kde je pro

přenos dat využíván princip optického přenosu.

8.3 Dělení sítí podle jejich rozlehlosti

Sítě dle jejich rozlehlosti a účelu můžeme rozdělit do čtyř základních skupin:

PAN (Personal Area Network) - nejmenší ze sítí,její využití je ve velice malých

počítačových sítích nebo zařízeních osobního typu PDA, notebooku, mobilního telefonu,

kde je využita pro jejich vzájemnou komunikaci.

LAN (Local Area Network) – síť spojující uzly v jedné budově nebo v blízkých

budovách. Použitelná do vzdálenosti stovek metrů, nejpoužívanější je Ethernet.

MAN (Metropolitan Area Network) – spojuje jednotlivé lokální sítě v oblasti měst.

Použitelná do vzdálenosti několika jednotek až desítek kilometrů.

WAN (Wide Area Network) – použitelná pro rozlehlé sítě, po celém státě, kontinentu,

zemi.

Pro potřebu teplárenství, konktrétně Elektrárny Opatovice (dále EOP), je síť

rozdělena do třech lokalit - Hradec Králové, Pardubice a Chrudim. V těchto městech je

využívána síť MAN. Pro meziměstskou komunikaci směrem do EOP, kde je prováděn

veškerý sběr a zpracování odečtených dat, je využívána síť WAN.

8.4 Fyzická vrstva sítě

Tato vrstva je složena z fyzického zařízení - uzly, dráty, kabely, konektory.

Základním typem propojení je spojení mezi dvěma koncovými body. Součástí vrstvy sítě

jsou řídící stanice až s 250 účastnickými stanicemi. Účastnické stanice jsou tvořeny

jednotlivými měřiči a přidruženými zařízeními. PC může být využito jako řídící stanice,

ale musí byt vybaven příslušným softwarem a rozhraním (RS232 - M-BUS interface). Toto

zařízení může být i druhotně využito pro sledování parametrů stanic, sítě nebo M-BUS

administrátora. Sběrnice využívají pro přenos dat stíněného kabelu s krouceným párem

nebo levnější variantu dvouvodičového provedení (telefonní kabel). V posledních

letech je možné využít pro přenos i variantu bezdrátové sítě s radiovým přenosem.

Nejčastěji využívanou variantou je přenos s komunikací po vodičích, kde délka kabelového

vedení nesmí překročit 1000 m (350 m pro 9600 Bd).

Data přenášena od účastnické stanice k řídící a zpět pracují na napěťové úrovni +36V a

s proudem 1,5 mA, kde napájecí napětí se vytváří na externím kondenzátoru, který je

29

nabíjen proudem ze sběrnice. Na níže přiloženém obrázku je znázorněna grafická ukázka

přenosu bitů na sběrnici.

Obrázek 12 - Grafický popis úrovní na vodičích pro přenos bitů na sběrnici M-BUS [4]

8.5 Linková vrstva

Využívaným základním protokolem je poloduplexní asynchronní přenos

využívající 300 až 9600 Baud přenosové rychlosti. Pomocí vhodných komunikačních

kanálů se využívá linková vrstva, která zajišťuje přenos většího množství dat. Přenášejí se

celé bloky označených jako rámce (frames). Mezi jednotlivé požadavky fyzické vrstvy

patří přenášení znaků bez časových mezer. To znamená, že na přenos stopbitu kontinuálně

navazuje přenos další. Linková vrstva rozpoznává skupiny bitů, které jsou nositeli řídící

informace udávajícího začátek a konec rámce, jeho délku a vlastní data. Mezinárodním

standardem je IEC 870-5. Tento standard využívá tři rozdílné datové třídy. V případě M-

BUS je využíván FT 1.2. Tento formát je ve druhé datové třídě a určují jej tři rozdílné

startovací znaky.

30

Tabulka 3 – Formát rámce M-Bus třídy FT 1.2 dle IEC 870-5 [4]

Dlouhý rámec začíná startovacím znakem 68h, následuje dvakrát pole L (Lenght) a

indikuje velikost přenášených dat. Následuje znovu pole startovací 68h a pole C (kontrolní

pole), šestý bit udává směr přenosu. Pole A má velikost 8 bitů (0-255 dekadických), slouží

pro vysílání nebo příjem rámce, pro funkci adresace a určení účastnické stanice. Pole CI je

využito pro dlouhé rámce a je součástí aplikační vrstvy. Následují uživatelská data až do

252 bajtů, dále kontrolní součet z dat a stop znak – 16h. Krátký rámec má pevnou délku,

začíná startovacím znakem 10h,pokračuje polem C a A, dále kontrolní součet z dat a stop

znak – 16h. Znaky Kontrolního rámce odpovídají dlouhému rámci bez položky

“uživatelská data”. Kontrolní součet je vypočten z C, A a CI. Rámec obsahující jeden

znak E5h slouží pro potvrzení přijetí dat. Každé pole v rámci má délku jednoho znaku, což

odpovídá osmi bitům.

8.6 Síťová vrstva

Hlavním úkolem této vrstvy je zajištění přenosu dat mezi sousedními uzly v síti a

nalezení nejoptimálnější cesty k cílovému zařízení. Pro směrování neboli hledání cesty je

používané zařízení zvané routr (směrovač). Pro princip přenosu je nutná identifikace

každého koncového zařízení pomocí IP adresy. Adresace je tvořena na každé měřící místo

(vodoměr, elektroměr, MT) a přímo navázána technickým číslem na dané odběrné místo.

Struktura technického čísla je hierarchická, kde první číslo určuje lokalitu, dále předávací

stanici, odběrné místo a koncové měřící místo. Zařízení, kterému byla přidělena IP adresa,

se označuje jako host. Adresa IP zdroje a cíli je přiřazena do hlavičky paketu. Část

hlavičky v přijatém segmentu slouží i pro doplňkové informace. Pomocí směrovače a

dalších zařízení je paket doručen do cíle cesty a po doručení je nejprve odebrána hlavička

31

(odpouzdření) a dále je předán příslušné transportní vrstvě. Protokoly pracující na sítové

vrstvě jsou:

• IPv4 (Internet Protocol version 4),

• IPv6 (Internet Protocol version 6),

• IPX (Novell Internetwork Packet Exchange),

• Apple Talk.

V případě, že nestačí rámec v rozsahu 250 primárních adres linkové vrstvy, lze pro obsáhlé

systémy implementovat vrstvu síťovou. Implementace této vrstvy probíhá přiřazením

linkové adresy 253 k jednotlivé účastnické stanici.

Pro přiřazení adresy 253 bude použit speciální rámec (viz Tab. 2). Tento rámec

označí danou účastnickou stanici do selected stavu. Pro tuto účastnickou stanici je

přiřazena pro linkové rámce adresa 253.

Tabulka 4 - Přiřazení sekundární adresy

0x68 0x0B 0x0B 0x68 0x53 0xFD 0x52 ID1-4 Man1-2 Gen Med CS 0x16

Pro definování sekundární adresy jsou použity prvky - identifikační číslo, výrobce,

médium a verze. Účastnická stanice používá pro komunikaci adresu 253 a to do doby než

je pro tuto adresu přiřazena jiná účastnická stanice.

8.7 Aplikační vrstva

Tato vrstva slouží jako rozhraní pro aplikace využívané stanicemi s danou sítí, přes

kterou dochází k přenosu dat. Pomocí protokolů dochází k výměně dat na obou koncích

sítě a následně vytváří rozhraní mezi uživatelem a systémem. V linkové vrstvě je

definováno pole rámce CI (Control Information Field). Pole CI je využito pro přenos

informací od MT do sběrnice a definuje typ a sekvenci aplikačních dat v rámci. Následující

tabulka popisuje kódy CI pole definované pro rámce vysílané řídicí stanicí.

32

Tabulka 5 - Kódy CI pole rámců užívaných řídicí stanicí (Master)

Mód 1 Mód 2 Aplikace

0x51 0x55 vyslání dat

0x52 0x56 volba účastnické stanice (slave)

0x50 reset aplikace

0x54 synchronizovaná akce

0xB8 nastavení baudové rychlosti na 300 Bd

0xB9 nastavení baudové rychlosti na 600 Bd

0xBA nastavení baudové rychlosti na 1200 Bd

0xBB nastavení baudové rychlosti na 2400 Bd

0xBC nastavení baudové rychlosti na 4800 Bd

0xBD nastavení baudové rychlosti na 9600 Bd

0xBE nastavení baudové rychlosti na 19200 Bd

0xBF nastavení baudové rychlosti na 38400 Bd

0xB1 žádost o čtení obsahu celé RAM

0xB2 vyslání uživ. dat (zápis do RAM)

0xB3 inicializace testu kalibrace

0xB4 čtení EEPROM

0xB6 spuštění programového testu

0x90 ¸ 0x97 kódy pro hashování

Další tabulka popisuje kódy CI pole definované pro rámce vysílané účastnickou stanicí.

Tabulka 6 - Kódy CI pole rámců vysílaných účastnickou stanicí

Mód 1 Mód 2 Aplikace

0x70 hlášení obecných chyb aplikace

0x71 hlášení stavu varování

33

Mód 1 Mód 2 Aplikace

0x72 0x76 odezva s proměnným formátem rámce

0x73 0x77 odezva s pevným formátem rámce

Rámec s pevnou strukturou dat

Tento byl původně navržen pro komunikaci s měřiči tepla, ale dnešní požadavky na

množství přenášených dat jsou už přesahující tuto technologii a není doporučován

k dalšímu rozvoji. Rámec je omezen možností přenosu maximálně dvou čítačů.

Tabulka 7 - Formát datového pole rámce s pevnou strukturou dat

Identifikační

číslo Čítač přístupů Status Médium/Jednotka Čítač 1

Čítač

2

4 bajty 1 bajt 1 bajt 2 bajty 4 bajty 4

bajty

Následující technické specifikace vycházejí z technické normy ČSN EN 13757-2.

Komunikační systémy pro měřidla a měřidla s dálkovým čtením.

Identifikační číslo (Identification Number) je sériové číslo přiřazené během výroby. Je

kódováno v osmi BCD číslicích, jeho rozsah je tedy 0 ¸ 99999999.

Čítač přístupů (Access Number) je binární čítač implementovaný po každém odeslání

datového rámce účastnickou stanicí. Slouží ke kontrole konzistence dat na úrovni

aplikačního protokolu. Položka Status obsahuje bitovou mapu, která definuje kódování

údajů v polích obou čítačů a zároveň umožňuje základní hlášení chybových stavů.

Položka Médium/Jednotka (Medium/Unit) obsahuje kódovaný údaj o měřeném médiu a o

jednotkách obou čítačů. Položky Čítač 1 a Čítač 2 (Counter 1, Counter 2) pak obsahují

údaje o množství odebraného média.

Rámec s proměnnou strukturou dat

Výhodou tohoto rámce je možné použití libovolného počtu hodnot, který je omezený

pouze maximální délkou datového pole.

34

Tabulka 8 - Formát datového pole rámce s proměnnou strukturou dat

Pevná

hlavička dat Proměnné datové bloky MDH

Specifická data

výrobce

12 bajtů variabilní počet 1 bajt variabilní počet

Pevná hlavička dat (Fixed Data Header) - obsahuje položky jako jsou identifikační číslo,

výrobce, verze, médium, číslo přístupu podpis.

Proměnný datový blok (Variable Data Block) - maximální délka tohoto bloku je 240

bajtů a je složen z hlavičky datového záznamu a bloku dat. Hlavička obsahuje informační

blok dat a informační blok hodnoty.

Hlavičky dat výrobce (MDH - Manufacturer Data Header) - uvádí následující blok.

Specifická data výrobce (Manufacturer Specific Data Block) - obsahový blok není

standardem charakterizován.

35

9. Analýza komunikačních technologií v teplárenství

Komunikační technologie obecně využitelné v teplárenství popisuje následující

tabulka.

Tabulka č. 9 - Komunikace využitelné pro přenos z odběrných míst

Radiomodemy

Technologie vhodná pro přenos telemetrických dat a nekritických řídicích povelů; ve vhodné konfiguraci lze přenášet i kritické řídící povely.

GSM

Mobilní připojení; umožňuje propojení různých zařízení – zejména počítačů, řídicích automatů, celých sítí LAN, bankomatů, kamer atd.; technologie vhodná pro přenos telemetrických dat a nekritických řídících povelů.

Ethernet

Typicky sítě LAN (připojení koncových počítačů k infrastruktuře vyšší síťové úrovně prostřednictvím dalších síťových prvků); technologie vhodná pro přenos telemetrických dat a kritických řídících povelů.

CSD

Mobilní připojení k Internetu; představuje první technologii přenosu dat v mobilních sítích; technologie vhodná pro přenos telemetrických dat a nekritických řídících povelů.

Wi-Fi

Vzájemné bezdrátové propojení přenosných i pevných zařízení a jejich připojení do lokální (např. firemní) sítě LAN; vhodné pro nasazení v administrativních sítích a malých lokálních telemetrických a řídících sítích.

Rozhodujícím faktorem pro výběr komunikační technologie v teplárenství je koncentrace

měřidel v dané lokalitě. Rozsáhlost sítě je přímo závislá na provozních a ekonomických

nákladech a návratnosti vložené investice. Následující obrázky znázorňují ukázkové

struktury s nízkou a vysokou hustotou odběrných míst.

36

Obrázek 13 – ukázka sítě s hustou strukturou OM

Obrázek 14 – ukázka sítě s nízkou strukturou OM

37

9.1 Porovnání přenosových technologií

Při porovnání jednotlivých využitelných přenosových technologií v teplárenství

jsou základní aspekty - přístupový bod, ve kterém jsou řešeny náklady na vybudování,

platby za umístění technologie, elektromagnetické rušení a platby za licence. Dalšími

aspekty je přístupový terminál, kde při porovnání přenosových technologií jsou platby

poskytovatelům, kapacita sítě, paušály, rušení signálu, bezpečnost přenosu.

9.1.1 Radiomodemy

V případě využití radiomodemu, pro potřeby teplárenství, je nutná výstavba vlastních

přístupových bodů. V případě nemožnosti umístění antén na vlastní objekty je vyvolána

následná investice do pronájmů cizích objektů. Nutnost optimálního nastavení výkonu

vzhledem ke zřeteli dalších vysílačů. Celkový počet terminálů ovlivňuje spolehlivost

přenosu. Výhodou jsou nulové platby jiným poskytovatelům.

9.1.2 Ethernet

Vhodný pro páteřní sítě, komunikace mezi PS a PS dispečink. Výhodné jsou nulové

platby jiným poskytovatelům, vysoká přenosová rychlost a možnost využití při hodně

rušených oblastech. Nevýhody - umístění kabelu po cizích pozemcích, souhlas vlastníků,

platba za věcná břemena a náklady na pokládku kabelů. V elektrárně Opatovice je tato

komunikace využívána přímo po areálu podniku, v přilehlých budovách, ale není

využívaná pro přenos dat z měřidel.

9.1.3 Wi-Fi

Tato technologie vyžaduje výstavbu vlastních přístupových bodů a platby za

umístění antén. Tuto nevýhodu lze částečně eliminovat umístěním antén na vlastních

objektech. Klady jsou převážně v nulových platbách jiným poskytovatelům a pořizovací

náklady, které nevyžadují zemní práce. Využitelnost je spíše v administrativních sítích

nebo lokálních pracovištích.

9.1.4 GSM/GPRS

Technologie využitelná pro oblast teplárenství vhodná především pro povely do

řídících automatů. Hlavní výhody jsou v nulových nákladech a bezpečnosti přenášených

dat. Mezi nevýhody této technologie pak patří nutnost uzavření smlouvy s poskytovatelem

služby, účtování objemu přenášených dat, platby poskytovateli služeb, nízká přenosová

rychlost, která s rozvojem technologií má zlepšující se tendenci.

38

9.1.5 CSD

Relativně nový způsob přenosu dat, který není v současnosti pro potřeby teplárenství

rozšířen. Přenos dat pomocí mobilních sítí s připojením na internet nabízí své výhody

v nulových nákladech na zřízení, levnějším modemu a levnějším provozu karet SIM.

Nevýhody jsou vesměs totožné s GPRS. CSD je vhodné pro přenos telemetrických dat a

některých řídících povelů. Následující tabulka definuje možnosti těchto technologií:

Tabulka 10 - Porovnání přenosové komunikace

√ - je vyžadováno (ANO)

smlo

uva

s po

skyt

ovat

elem

plat

ba p

osky

tova

teli

účto

vání

za

obje

m d

at

pokr

ytí s

igná

lem

bezp

ečno

st pře

nosu

účto

vání

měsíční

ch p

aušá

lů

elek

trom

agne

tick

é ru

šení

plat

by z

a um

ístě

ní a

ntén

dobr

á př

enos

ová

rych

lost

zříz

ení věcn

ých

břem

en

Radiomodemy √ √ √ √ √

PLC √ √ √ √ √ √ √

Ethernet √ √ √

Wi-Fi √ √ √ √

GSM/GPRS √ √ √ √ √ √

Pro bližší specifikaci dané problematiky vyplývající z této tabulky je nutné se

zaměřit v další části této práce na komunikaci GSM/CSD a GSM/GPRS. Tyto přenosové

technologie se jeví pro část teplárenství jako perspektivní především pro sítě s nízkou

strukturou odběrů.

9.2 Komunikace GSM/CSD a GSM/GPRS

Pro případ komunikace bezdrátového provedení se v poslední době dostávají do

popředí GSM technologie. Nejprve je nutné definovat rozdíl a způsob přenosu mezi GPRS

a CSD.

39

9.2.1 CSD (Circuit Switched Data)

Vychází ze základního typu přenosu dat v GSM a jde o spojení bod-bod. Základním

rozdílem v této komunikaci je stabilní přenosová cesta s garantovanou přenosovou

kapacitou kanálu. V základu je pro jeden slot přenosová kapacita 33,8kb/s. Z této

přenosové rychlosti je ale nutné odečíst část na funkční zajištění sítě, vnitřní komunikace a

zajištění spolehlivosti přenosu. Výsledná přenosová rychlost čistého datového toku

9600b/s až 1440b/s při zřízení zabezpečovacích mechanizmech. Přenosová prostupnost je

závislá na umístění terminálu a kvalitě signálu. Sazba za zajištění přenosu od

poskytovatele je dána délkou trvání přenosu.

9.2.2 GPRS (General Packet Radio System)

Možností tohoto spojení je přenos dat mezi několika body zároveň. Přenos je spojen

protokolem TCP/IP. Tento typ přenosu nevyužívá souvislého datového toku, ale data se

přenášejí po paketech. Kapacita jednoho slotu je, za ideálních podmínek, až 21,4kb/s a

zároveň při přenosu z více slotů současně se přenosová kapacita sčítá. Funkcionalita

blokování nevyžádaných dat omezuje kapacitu sítě, ale současně chrání kapacitu telefonní

sítě a následně jsou i zpoplatněny příchozí pakety. Mezi nutné vybavení pro přenos patří

SIM karty s pevnými IP adresami bez blokace příchozích paketů.

9.2.3 Volba přenosové techniky

Faktorů ovlivňujících výběr jedné z variant tohoto přenosu je více a není stanoven

jen cenou za přenášená data. Nejprve je nutné si určit využitelnost přenosu, zda bude

realizován jen přenos naměřených hodnot z měřidel nebo využíván i pro řídící povely.

Modem GPRS vyžaduje zřízení karet SIM, paušálu, dražší cena modemu, ale výhodou je

neplacení doby spojení. Základní nevýhodou modemu CSD je tarifikace, která je částečně

vykompenzována levnější cenou modemu, SIM karet a základních předplacených služeb.

Z tohoto vyplývá, že v případě využití přenosu jen z měřidel je lepší volba typu

komunikace GPRS, ale v případě řízení vlastní technologie vznikají větší požadavky na

přenos dat, a proto je výhodnější volba komunikace typu CSD. Dalším z faktorů je

spolehlivost přenosu, který je dán typem přenosu. Přenos dat pomocí paketu, kde není dána

pevná doba dokončení přenosu, je výrazně nekonzistentní a pro řízení regulace

v teplárenství se nedoporučuje. V některých případech je lépe zcela upustit od přenosu

40

GSM, protože tato síť byla primárně navržena pro přenos hovorů a v případě přetížení této

sítě je upřednostněn tento přenos.

9.3 Kritéria hodnocení

Vzhledem k různorodosti soustavy zásobování teplem je složité přesné určení kritérií

hodnocení. Dalším faktorem je absence jednotných norem pro dané technologie využívané

v teplárenství. Výrobci komponent dálkových komunikací nepoužívají jednotné normy a

každé zařízení má rozdílné komunikační protokoly a hardware. Tuto problematiku ve

standardizaci si uvědomují velcí výrobci, Evropská unie i distributoři.

Vybraná základní kritéria hodnocení přenosových technologií.

• Rozlehlost soustavy

Významný faktor, který je zohledněn vzdáleností od sebe ležících měřících míst

s přímým vlivem na všechna kritéria hodnocení.

• Zpětný finanční přínos

Při realizaci daného přenosu může vzniknout druhotné využití v možnostech

pronájmu nevyužitých kapacit datového přenosu. Nemalé úspory vznikají v oblasti

optimalizace lidských zdrojů.

• Úprava odběrných míst

Zvážení nutných úprav v řídicím systému a eventuální pořízení nové technologie

využitelné pro dálkové řízení.

• Použitelnost signálu

Použitelnost je posuzována v dané lokalitě z hlediska možnosti pokrytí a kvality

signálu v daném měřícím místě. Řeší se případné dodatečné vybudování vlastních

přenosových bodů. Teoretické možnosti zřízení těchto bodů na cizích objektech a

zařízeních.

• Zabezpečení přenosu

Základní srovnání možnosti zabezpečení vybraného komunikačního přenosu.

• Cena služby

Určení nákladů s realizací dané technologie a provozními náklady použité

technologie, stálé platby (paušály) za připojení a přenos dat.

• Úprava měřících míst

Je posouzena výše nákladů na pořízení a změnu komunikačních jednotek a nutná

následná úprava technologie.

41

• Rychlost přenosu

Vychází z možností dané technologie, průměrné poskytované rychlosti

s přihlédnutím k místu odesílaného signálu.

• Provozní spolehlivost

Je porovnávána technologická spolehlivost a požadavky na údržbu s nároky

parametrizace zařízení.

• Rozvoj technologie

Posouzení možnosti budoucích upgradů zařízení, životnost a spolehlivost nového

zařízení. Poskytování odborného servisu ze strany dodavatele a zajištění náhradních

dílů.

Výsledek výše uváděných provozních kritérií je v následujících dvou tabulkách, kde je

pomocí váženého průměru vyhodnocována vhodná komunikace s měřidly. Pro zachování

maximální přesnosti a objektivity probíhá hodnocení ve dvou úrovních. Jednotlivá kritéria

byla rozdělena do několika dílčích kritérií, kterými byla stanovena bodová hodnota.

42

Tabulka 11 – Porovnání vybraných technologií rozlehlé sítě

Kritérium Váha Hodnocení

Dílčí kritérium [1-10] GPS/GPRS Wi-Fi Radiomodemy Ethernet CSD

Zpětný finanční přínos Celkem 10 4,50 6,00 6,88 8,00 5,25

Úspora lidských zdrojů

10 6 6 8 8 6

Pronájem nevyužité kapacity

6 2 6 5 8 4

Úprava odběrných míst (řídicího systému)

Celkem 7 6,00 5,00 5,38 3,38 6,00

Nová technologie 9 6 5 6 4 6

Stávající úprava 4 6 5 4 2 6

Použitelnost signálu Celkem 10 8 2 5 3 7

Rozvoj technologie Celkem 8 4,44 3,44 7,67 5,44 4,44

Stanice 8 5 4 6 6 5

Měřící místo 10 4 3 9 5 4

Zabezpečení přenosu Celkem 4 8 6 6 7 8

Cena služby Celkem 10 10 3 2 2 9

Úprava měřících míst Celkem 9 4 5 2 4 4

Rychlost přenosu Celkem 2 6 7 5 8 5

Provozní spolehlivost Celkem 8 8,17 2,67 5,50 8,33 7,17

Výrobce 2 9 6 8 10 8

Reálný provoz 10 8 2 5 8 7

Výsledné hodnocení Absolutní 8,00 5,22 5,08 5,63 6,76

Pořadí 1 4 5 3 2

Jednotlivé váhy zvoleného kritéria jsou porovnávány dle osobních zkušeností a

požadavků společnosti Elektrárny Opatovice a.s. První kritérium, zpětný finanční přínos,

je rozděleno na dvě části: úspora lidských zdrojů a pronájem nevyužité přenosové

kapacity. Vzhledem k trendu dnešních společností, o snahu optimalizace lidských zdrojů,

je volena váha u dílčího kritéria lidské zdroje - deset. Dále přiřazené body u jednotlivých

přenosových technologií jsou porovnávány z hlediska náročnosti správy a údržby zařízení.

K pronájmu nevyužité kapacity je dána váha šest, která zohledňuje možnost následného

zisku plynoucího z pronájmu, ale není zcela vhodná z hlediska přístupu k používanému

zařízení v CZT. Ke kritériím úpravy OM a MM je volena váha dle počtu těchto míst v

CZT. Jednotlivá hodnocení jsou klasifikována s přihlédnutím k počtu již realizovaných

míst v soustavě a k technologickým možnostem zařízení. Dalším stěžejním kritériem je

43

použitelnost signálu, kde je rozhodujícím faktorem kvalita signálu v daných místech

měřícího zařízení. V případě rozlehlé sítě, a tímto i větší vzdálenosti mezi jednotlivými

odběry, je ve všech porovnávaných hodnotách nižší bodování. U zabezpečení přenosu je

bodová váha nízká, protože není zcela zásadní vzhledem k druhu přenášených dat. Cena

služby, jakož i všechny aspekty ovlivňující přímo náklady na provoz technologie jsou

brány s vysokou důležitostí. Rychlost přenosu má malou důležitost vzhledem k malému

množství přenášených dat a nízkým časovým požadavkům příchozích dat. Provozní

spolehlivost je porovnávána ze dvou pohledů, kde rozhodující je praktická zkušenost

z reálného provozu.

Tabulka 12 – Porovnání vybraných technologií koncentrované sítě

Kritérium Váha Hodnocení

Dílčí kritérium [1-10] GPS/GPRS Wi-Fi Radiomodemy Ethernet CSD

Zpětný finanční přínos Celkem 10 3,88 6,75 6,88 8,38 5,25

Úspora lidských zdrojů 10 5 6 8 8 6

Pronájem nevyužité kapacity 6 2 8 5 9 4

Úprava odběrných míst (řídicího systému) Celkem 7 6,00 5,00 5,38 3,38 6,00

Nová technologie 9 6 5 6 4 6

Stávající úprava 4 6 5 4 2 6

Použitelnost signálu Celkem 10 9 3 6 3 8

Rozvoj technologie Celkem 8 4,89 5,33 7,67 5,44 4,44

Stanice 8 6 7 6 6 5

Měřící místo 10 4 4 9 5 4

Zabezpečení přenosu Celkem 4 9 3 7 8 8

Cena služby Celkem 10 3 3 7 8 2

Úprava měřících míst Celkem 9 4 5 2 2 4

Rychlost přenosu Celkem 2 5 7 5 8 5

Provozní spolehlivost Celkem 8 8,17 2,67 5,50 8,33 7,17

Výrobce 2 9 6 8 10 8

Reálný provoz 10 8 2 5 8 7

Výsledné hodnocení

Absolutní 6,91 4,85 5,52 6,80 6,90

Pořadí 1 5 4 3 2

Z tohoto hodnocení, kde je upravována převážně bodová část tabulky, nejlépe splňuje

kritéria přenos GSM/GPRS společně s technologií CSD, která vychází z podobné

44

platformy. U GSM/GPRS je nespornou výhodou dostupnost služby s možností pokrytí více

mobilních operátorů. Využití této služby však přináší plnou závislost na provozovateli a

tím i nízkou možnost ovlivnění směru dalšího rozvoje této technologie. Na dalším místě v

hodnocení za těmito technologiemi je, s malým rozdílem, Ethernet, který spadá do

kategorie přenosu s nutností vybudování kabelové sítě. Pro případ jeho realizace je nutné

zohlednit další vlivy bránící využití této technologie v praktickém nasazení (zřízení

věcných břemen, konflikt s ostatními sítěmi, ochranná pásma). Přenosová technologie Wi-

Fi vychází z hodnocených variant nejhůře, ale je v technických potřebách podobná již

používanému systému Radiomodemy. Tento systém je dnes široce rozšířen i

v oblasti teplárenství.

45

10. Závěr

Dnešní přenosové technologie a jejich možnosti se budou i nadále zlepšovat, ale vize

celkové realizace dálkového sběru dat je technologicky a finančně velice náročná.

Realizace je možná díky úsporám lidských zdrojů a využitelnosti dat s možností dalšího

efektivního zpracování. Důležitým kritériem pro stanovení vhodného druhu komunikace

jsou místní podmínky a náročnost realizace, proto je nutné zjištění přenosových možností a

kapacit přenosových sítí. Vzhledem k časové náročnosti realizace dálkových přenosů a

zdlouhavému procesu výměny měřidel (čtyřletý cyklus), vyvstává problém neexistence

jednotného standardu výrobce potřebného hardware a software. Většina výrobců či

korporací jde cestou vlastního vývoje zařízení, včetně návrhů svých komunikačních

protokolů a tímto tak ztěžují možnost dosažení celkové kompatibility rozsáhlejších

systémů. Při stanovení celkového výsledku je nutné dostatečné zvážení ekonomické

návratnosti a finančních možností realizace. Ze zpracované analýzy a topologie sítě

vycházejí tři základní možnosti řešení dálkové komunikace. První a již nyní využívána

v teplárenství je komunikace s využitím M-Bus, která byla vyvinuta pro oblast měření

spotřeby, ale vzhledem k nutnosti instalaci kabelů, je schopná plošného využití jen

v případě nové realizace nebo při rekonstrukcích soustavy. Další možností je užití GSM

resp. GPRS modulů. Nevýhodou pro plošné nasazení jsou vysoké pořizovací náklady,

umístění měřičů tepla a časté zásahy v údržbě přenosové technologie (výměna napájení,

změna signálu). S dnešním rozvojem technologických možností je nutné využít třetí

způsob komunikace, (tím je kombinace výše zmíněných technologií) přistupovat

k jednotlivým odběrným místům individuálně a definovat podmínky jednotlivých

přenosových zařízení. V případě nízké rozlehlosti nebo vysoké hustotě jednotlivých

odběrných míst je vhodné užití M-Bus technologie. Pro případy, kde by náročnost zřízení

pevné přenosové sítě byla ekonomicky a procesně nevýhodná je lepší uplatnit užití GSM

technologie. Při zohlednění zřizování přenosové soustavy by neměly byt opomenuty i

možnosti využití stávajících rozvodů. V minulosti se prováděly rozvody v kanálovém

provedení a nyní, s nástupem dostupných robotických a diagnostických zařízení, vzniká

možnost instalace kabelových sítí do těchto kanálů. Tímto se otevírá možnost pro plošné

užití kabelové sítě i v již vybudovaných částech soustavy. Vzniká zde i podnikatelský

potenciál ve formě druhotného využití pro jiné poskytovatele datových služeb.

46

11. Seznam použité literatury a datových zdrojů

SPURNÁ, Ivona. Počítačové sítě: praktická příručka správce sítě. Vyd. 1. Kralice na Hané:

Computer Media, 2010, 180 s. ISBN 978-80-7402-036-0.

STRNAD, Ladislav. Synchronizace sítí: praktická příručka správce sítě. 1. vyd. Praha:

České vysoké učení technické v Praze, 2013, 166 s. ISBN 978-80-01-05196-2.

PUŽMANOVÁ, Rita. TCP/IP v kostce: praktická příručka správce sítě. 2. upr. a rozš. vyd.

České Budějovice: Kopp, 2009, 619 s. ISBN 978-80-7232-388-3.

KABELOVÁ, Alena a Libor DOSTÁLEK. Velký průvodce protokoly TCP/IP a systémem

DNS. 5., aktualiz. vyd. Brno: Computer Press, 2008, 488 s. ISBN 978-80-251-2236-5.

ČSN EN 13757-2. Komunikační systémy pro měřidla a měřidla s dálkovým čtením. Praha:

Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2004.

Dálkové odečty měřičů. TRONIC CONTROL S.R.O. Dálkové odečty měřičů [online].

Praha, 2009 [cit. 2013-08-25]. Dostupné z: http://www.tronic.cz/dalkove-odecty-

mericu.aspx

ST36008@UPCE.CZ. Základy počítačových sítí [online]. 04. 06. 2014 [cit. 2014-11-11].

Dostupné z: https://wiki.upce.cz/fei/studijni-materialy/zaklady_pocitacovych_siti

VOJÁČEK, Antonín. M-BUS (Meter-Bus) - základní popis komunikačního protokolu.

[online]. 2010 [cit. 2014-11-11]. Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/mbus-meterbus-

zakladni-popis-komunikacniho-modelu

QUNDIS walk-by. SOVA NET, s.r.o. ENBRA - KOMFORT VE VYTÁPĚNÍ [online].

Praha, 2007 [cit. 2013-08-25]. Dostupné z: http://enbra.xred.cz/itn-qundis-walk/

47

12. Zdroje - obrázky

[1] UH50 Ultrazvukový měřič tepla a chladu UH50 - ULTRAHEAT® - ULTRACOLD® - Průtokoměr. [online]. [cit. 2014-11-13]. Dostupné z: http://www.zpanp.cz/ultrazvukovy-meric-tepla-a-chladu-uh50-ultraheat-ultracold-prutokomer-249.html

[2] SUCHYJ. Ultrazvukový měřič tepla a chladu UH50. [online]. 1/2010 [cit. 2014-11-13]. Dostupné z: http://www.zpanp.cz/files/doc/ultrazvukovy-meric-tepla-a-chladu-uh50-ultraheat-ultracold-prutokomer-2.pdf [3] RETIP. Elektronické vodoměry KADEN. [online]. 1/2010 [cit. 2014-11-13]. Dostupné z: http://www.redas.cz/html/src/KADEN_2010_prospekt_S060.pdf

[4] VOJÁČEK, Antonín. M-BUS (Meter-Bus) - základní popis komunikačního protokolu. [online]. 2010 [cit. 2014-11-11]. Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/mbus-meterbus-zakladni-popis-komunikacniho-modelu