В современном мире интеллектуального учета электроэнергии выбор технологии связи становится ключевым аспектом успешной реализации систем мониторинга и управления. Существует множество технологий, каждая из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Однако, с таким разнообразием может возникнуть сложность в подборе наиболее подходящего решения для конкретных задач. Наш опыт эксплуатации показывает, что выбор оптимальной технологии зависит от множества факторов: от частоты опроса и типа данных, которые необходимо собирать, до условий эксплуатации, таких как рельеф местности и плотность застройки. Кроме того, количество счетчиков, подключаемых к системе, также влияет на выбор технологии. Чтобы помочь нашим читателям сделать правильный выбор, мы делимся нашими наблюдениями и исследованиями, а также предлагаем обзор различных каналов связи, доступных для организации интеллектуального учета электроэнергии. В этой статье мы рассмотрим ключевые технологии, такие как GSM, NB-IoT, Ethernet, LoRaWAN, PLC и другие, чтобы вы могли выбрать наиболее подходящее решение для ваших нужд.

Начнем же с самого простого и популярного способа получения данных:

GSM: передача данных по сотовой сети

Краткое описание: Здесь используется существующая инфраструктура сотовых операторов, поэтому все, что нужно для получения данных со счетчика – это подключить его к GSM-модему с установленной SIM-картой и убедиться, что устройства находятся в зоне покрытия сети. Вы можете устанавливать счетчики со встроенными GSM-модулями, но в случаях, когда есть возможность соединить несколько счетчиков кабелем, целесообразно установить внешний модем, обеспечивающий подключение по RS-485 минимум до 31 счетчика.

Сфера применения: Наши клиенты чаще всего используют GSM-модемы для расчетных счетчиков, с целью организации интервального учета электроэнергии для получения дешевых тарифов на электроэнергию. Энергетические компании устанавливают такие модемы для объединения в систему счетчиков, установленных на трансформаторных подстанциях и в шкафах учета многоквартирных жилых домов.

Характеристики: Сотовая связь постоянно развивается, и вы можете применять GSM-устройства различных поколений:

LTE (4G) обеспечивает высокую скорость передачи данных (до 1 Гбит/с) с быстрым откликом (менее 20 мс) и рекомендуется в случаях, когда к одному модему необходимо подключить множество счетчиков. LTE связь гарантирует надежное соединение и сбор всех данных, выдаваемых счетчиками: показания, профили мощности, ежеминутные мгновенные значения, показатели качества и различные журналы.

GPRS (2G) – модемы обойдутся вам в 1,5-2 раза дешевле, чем LTE, но характеристики будут хуже: скорость – до 114Кбит/с и время отклика – около 300мс. Тем не менее этого будет достаточно для поминутного сбора данных до 3 счетчиков, подключенных к одному модему. При редком опросе (раз в сутки), к одному модему можно подключить десятки счетчиков, и в сравнении с LTE вы не заметите никакой разницы. Но имейте ввиду, что GPRS постепенно «вымирает», многие операторы сотовой связи планируют отказаться или уже отказались от поддержки 2G.

CSD (1G) – самое старшее поколение GSM-устройств, практически изжившее себя. Здесь требуется установка модемов с обеих сторон – у счетчика и у сервера. Скорость передачи данных - до 9,6Кбит/с, время отклика – около 500мс, что позволяет вытягивать со счетчиков показания и профили мощности. Передача данных происходит аналогично голосовому вызову с поминутной платой за соединение. Из-за дороговизны такой тарификации применение CSD-модемов может быть оправдано только в тех случаях, если у вас уже был куплен модем ранее, и со счетчика требуется собирать только ежемесячные показания.

NB-IoT: технология интернета вещей от сотовых операторов

Краткое описание: Это сравнительно новая технология, развертываемая на существующих LTE-сетях сотовых операторов.

Сфера применения: Данная технология успешно внедряется поставщиками энергоресурсов (предприятия электро-, водо- и газоснабжения) для сбора данных со счетчиков, расположенных в городах, в которых сотовые операторы организовали работоспособность сети NB-IoT. Для организаций, эксплуатирующих сотни и тысячи счетчиков, имеется весомый аргумент для применения данного вида связи. SIM-карта NB-IoT, в отличие от GSM, может использоваться только в IoT-устройствах: с нее нельзя позвонить, или войти в интернет со смартфона. В случае кражи SIM-карты, злоумышленник не сможет нанести значительный урон её владельцу.

Характеристики: Максимальная скорость передачи данных достигает 250 кбит/с, но в реальных условиях скорость может быть ниже, в зависимости от условий сети и расстояния до базовой станции. Из-за особенностей работы сессий и энергосбережения время отклика может достигать 1-2 секунд. Этого достаточно для ежеминутного сбора данных с одного электросчетчика. Поэтому мы рекомендуем отдавать предпочтение счетчикам со встроенными NB-IoT модулями, а применение внешних модемов целесообразно только при подключении множества счетчиков, по которым нет необходимости частого опроса.

Ethernet и Wi-Fi: локальная проводная или беспроводная сеть.

Краткое описание: Ethernet-конвертеры и Wi-Fi-модемы обеспечивают высокую скорость передачи данных (до 1 Гбит/с) и стабильное соединение, но сбор данных ограничивается локальной сетью TCP/IP и радиусом приема сигнала от Wi-Fi роутера.

Сфера применения: Обычно наши клиенты используют возможности локальной сети для получения данных со счетчиков, расположенных в зданиях или отдельных помещениях. При наличии проводной сети, предпочтение стоит отдавать Ethernet-конвертерам, к которым можно подключить множество счетчиков, соединив их между собой кабелем связи по шине RS-485.  Wi-Fi-модемы используются там, где проще организовать беспроводную связь, например, для сбора данных со счетчиков арендаторов внутри торговых центров и офисных зданий.

LoRaWAN: Радиоканал с низким потреблением энергии.

Краткое описание: Для создания своей радиосети, вам потребуется установить одну или несколько базовых станций LoRaWAN, каждая из которых обеспечит прием данных с устройств, расположенных на расстоянии до 10 км.

Сфера применения: Для трансляции данных по сети LoRaWAN не требуется много энергии, поэтому передающие устройства могут не подключаться от электросети, а питаться от батарейки. Это преимущество широко используют компании водо- и газоснабжения для сбора данных с энергонезависимых счетчиков. По счетчикам электроэнергии это перестает быть актуальным, т.к. LoRaWAN-модуль может получать постоянное питание от внутренней схемы счетчика.

Низкая скорость передачи данных (от 0,3 до 50 кбит/с) не позволяет применять LoRaWAN для гарантированного получения профиля мощности, показателей качества и мгновенных значений. По этой причине, а также из-за чувствительности к преградам и радиопомехам мы рекомендуем применение технологии только для ежесуточного сбора показаний в отдаленных районах и сельской местности, где нет высотной застройки.

Мы подробно описали опыт применения LoRaWAN и дали множество советов по улучшению качества приема данных в другой статье нашего блога (читать статью о LoRaWAN)

NB-Fi: Технология сбора данных, разработанная компанией WAVIoT

Краткое описание: Эта технология также относится к классу LPWAN (маломощная радиосвязь дальнего радиуса действия). В отличие от LoRaWAN здесь применен принцип передачи информации в «сверхузких» частотных полосах. Это повышает помехоустойчивость, а также позволяет сконцентрировать энергию передачи сигнала для увеличения дальности. Базовая станция WAVIoT способна собирать показания со счетчиков на удалении до 20 км. Также разработчик технологии дал возможность обойтись без базовой станции за счет ретрансляции пакетов NB-Fi, через приборы учета и шлюзы, имеющие GSM модули.

Характеристики: Стандарт связи NB-Fi поддерживает одновременно как высокие, так и низкие скорости связи. Это зависит от количества настроенных каналов: скорость 25,6Кбит/сек доступна для 9 каналов, 3,2Кбит/сек – для 80, 400бит/сек – для 128 и 50 бит/сек – для 1024 каналов. Пользователи могут отдавать предпочтения, либо увеличению дальности приема сигнала за счет уменьшения скорости, либо расширению набора собираемых данных, увеличивая скорость.

Сфера применения: Наши клиенты успешно используют данную технологию передачи данных с электросчетчиков, расположенных как в городах, так и в сельской местности. В сравнении с LoRaWAN мы отмечаем более высокое качество сбора посуточных показаний и интервальных данных. При организации NB-Fi сети, необходимо учитывать, что технология не позволяет задействовать устройства других производителей: базовые станции и коммуникационные модули могут быть произведены только разработчиком технологии.

Wi-SUN и ZigBee: передача данных по радиоканалу.

Краткое описание: Это две популярные технологии беспроводной связи, используемые для передачи данных в системах Интернета вещей.

Характеристики: Wi-SUN обеспечивает дальность до 1-2 км в городской среде и до 5 км на открытой местности. А ZigBee имеет дальность действия до 100 метров в прямой видимости, но может достигать 1,6 км в ячеистой сети с использованием ретрансляции сигнала от счетчика к счетчику. Максимальная скорость передачи данных на обеих технологиях примерно одинаковая – до 300 Кбит/с

Сфера применения: Обе технологии обеспечивают надежную связь со множеством устройств в сети, что делает их привлекательными для крупных развертываний, таких как «умные города» и системы управления энергопотреблением. В яЭнергетике, мы наблюдаем частое применение Wi-SUN энергетическими компаниями для опроса электросчетчиков в условиях городской застройки, а ZigBee – собственниками торговых и офисных центров для учета электроэнергии по арендаторам.

PLC (Power Line Communication): Передача данных по электрической сети.

Краткое описание: Работоспособность технологии обеспечивается применением специальных приемных устройств – концентраторов, обеспечивающих передачу высокочастотного сигнала по силовой электрической сети.

Характеристики: Существует несколько стандартов PLC, используемых для передачи данных с электросчетчиков. Наиболее известные из них: PRIME и G3PLC.

PLC PRIME (PoweRline Intelligent Metering Evolution) – стандарт, обеспечивающий скорость передачи данных до 141Кбит/с и дальность связи до 100-400 метров в зависимости от качества электрической сети. Это расстояние может быть существенно увеличено за счет того, что PRIME использует древовидную топологию сети с поддержкой ретрансляций.

G3-PLC – имеет более низкую скорость передачи данных - до 35 Кбит/с в диапазоне CENELEC (европейский стандарт) и до 128 Кбит/с в диапазоне ARIB (японский стандарт), но за счет топологии mesh-сети обеспечивается более эффективная связь между устройствами. Но эта надежность связи со счетчиками может негативно сказываться на производительности. Там, где PRIME успешно справляется (например, поминутный сбор данных по множеству счетчиков), концентраторам G3-PLC может не хватить времени для завершения сессии связи со всеми счетчиками. Дальность действия аналогична PRIME, но G3-PLC имеет более устойчивую работу в условиях помех (robust режим с динамическим выбором частот).

Сфера применения: Чаще всего мы встречаем применение PLC-технологий среди энергетических компаний, собирающих показания счетчиков по городским электрическим сетям, а также в многоквартирных жилых домах по счетчикам, расположенным в квартирах или на лестничных клетках.

В целом использование PLC диктует высокие требования к состоянию электрической сети, т.к. нагрев проводников, наличие скруток и соединений приводит к затуханию сигнала. Условия применения могут быть осложнены помехами, генерируемыми оборудованием потребителей. У компаний, обслуживающих систему сбора данных, могут возникать затруднения в поиске и устранении источников помех. С учетом отличий в построении сети сбора данных мы можем рекомендовать применение G3-PLC в «зашумленных» помехами электрических сетях при условии, что на один концентратор приходится не больше 300 счетчиков. В случаях, когда необходимо опрашивать большее количество счетчиков, предпочтение следует отдавать технологии PRIME.

Также стоит упомянуть, что многие производители счетчиков стали предлагать технологии, совмещающие передачу данных как по силовой сети, так и по радиоканалу (PLC+RF). В сложных условиях применение таких технологий может стать оправданным.

***

Выбор оптимальной технологии сбора данных со счетчиков электроэнергии является сложной задачей, на которую влияет множество факторов. Эти факторы могут варьироваться от специфики эксплуатации и условий местности до количества подключаемых счетчиков и требований к частоте опроса. Не всегда возможно точно оценить все аспекты, что делает необходимым проведение экспериментов для нахождения наиболее подходящего решения. Система яЭнергетик предлагает гибкость, поддерживая все популярные технологии опроса и совместимость со счетчиками всех известных производителей. Это позволяет компаниям проводить тестирование различных технологий в реальных условиях, чтобы определить, какая из них лучше всего соответствует их потребностям. Агрегация данных на единой платформе яЭнергетик, независимо от типа связи и производителя, обеспечивает возможность комплексного анализа и формирования обобщенных отчетов. Это, в свою очередь, способствует более качественной эксплуатации электрических сетей, позволяя энергетическим компаниям принимать обоснованные решения на основе собранной информации.