کنتور هوشمند

تئودور پاراسکواکوس در سال 1972 در حین کار با بوئینگ در آلاباما، یک سیستم مانیتورینگ با سنسور را توسعه داد که با روش انتقال دیجیتال از آن برای سیستم هشدار امنیتی، آتش سوزی، پزشکی و همچنین قابلیت خواندن کنتور استفاده می کرد. این فناوری برگرفته از سیستم شناسایی خودکار خط تلفن بود که به نام Caller ID شناخته می شود. Paraskevakos دو سال بعد حق اختراع آن را از ایالات متحده دریافت کرد. او در سال 1977، Metretek، Inc را راه اندازی کرد که اولین کنتورهای هوشمند را توسعه داد و تولید کرد. از آنجایی که این سیستم قبل از اینترنت توسعه یافته بود، Metretek از مینی کامپیوتر IBM سری 1 استفاده کرد.

کنتور هوشمند یک دستگاه الکترونیکی است که اطلاعاتی مانند مصرف انرژی الکتریکی، سطوح ولتاژ، جریان و ضریب توان را ثبت می کند. کنتورهای هوشمند اطلاعات را به مشترک برای وضوح بیشتر رفتار مصرف و تامین کنندگان برق برای نظارت بر سیستم و صدور قبض ارسال می کنند. کنتورهای هوشمند معمولاً انرژی را نزدیک به زمان واقعی ثبت می کنند و به طور منظم در فواصل قابل برنامه ریزی در طول روز گزارش می دهند. کنتورهای هوشمند امکان ارتباط دو طرفه بین کنتور و سیستم مرکزی را فراهم می کنند. چنین زیرساخت اندازه گیری پیشرفته ای (AMI) با سیستم قرائت کنتور خودکار (AMR) متفاوت است، زیرا ارتباط دو طرفه بین کنتور و تامین کننده را امکان پذیر می کند (سیستم هایی که فقط قادر به خواندن کنتور هستند AMI نیستند). ارتباط از کنتور به شبکه ممکن است بی سیم یا از طریق اتصالات سیمی ثابت مانند PLC باشد. ارتباط بی سیم رایج مانند:

• GPRS ارتباط سیم کارتی
• Wi-Fi به راحتی در دسترس
• شبکه های موقت بی سیم از طریق Wi-Fi
• شبکه های مش بی سیم
• LoRa بی سیم دور برد کم مصرف
• Wize ضریب نفوذ رادیویی بالا، باز، با استفاده از فرکانس 169 مگاهرتز
• Zigbee مصرف کم با سرعت داده کم
• Wi-SUN شبکه های هوشمند ابزار

اصطلاح کنتور هوشمند اغلب به کنتور برق اشاره دارد، اما ممکن است به معنای کنتوری باشد که در سایر صنایع استفاده می شود مانند کنتور آب، کنتور گاز و کنتور حرارتی.

برآوردها نشان می دهد تا پایان سال 2024 تعداد کنتورهای هوشمند برق، آب و گاز نصب شده در جهان به بیش از 1.2 میلیارد عدد خواهد رسید.

تکنولوژی ارتباط

کنتورهای هوشمند ممکن است بخشی از یک شبکه هوشمند باشند، اما خودشان یک شبکه هوشمند را تشکیل نمی دهند.

ارتباط یک نیاز تکنولوژیکی حیاتی برای کنتورهای هوشمند است. هر کنتور باید بتواند به طور قابل اعتماد و ایمن اطلاعات جمع آوری شده را به یک مکان مرکزی منتقل کند. از جمله راهکارهای پیشنهادی عبارتند از: استفاده از شبکه های سیم کارتی (GPRS)، پیجر، ماهواره، رادیو و ارتباط خط برق. نه تنها رسانه مورد استفاده برای مقاصد ارتباطی، بلکه نوع شبکه مورد استفاده نیز بسیار مهم است. به این ترتیب، می توان موارد زیر را پیدا کرد: شبکه های بی سیم ثابت، شبکه مش بی سیم و شبکه های موقت بی سیم. مناطقی که در تاسیسات دارای محدودیت هستند مانند روستاها، مکان های صعب العبور مانند مناطق کوهستانی و همچنین مناطقی که شرکت های ارائه دهنده خدمات بی سیم و اینترنت به آن ها سرویس نمی دهند، مشکلات ارتباطی بسیار متفاوتی با تاسیسات شهری دارند.

علاوه بر ارتباط با شبکه مادر، کنتورهای هوشمند ممکن است نیاز داشته باشند که بخشی از یک شبکه محلی باشند که می تواند شامل یک نمایشگر داخلی و یک هاب برای ارتباط یک یا چند کنتور با شبکه مادر باشد. فناوری های این شبکه از کشوری به کشور دیگر متفاوت است، اما شامل ارتباطات خط برق، شبکه بی سیم و Zigbee می شود.

پروتکل ها

ANSI C12.18 یک استاندارد ANSI است که پروتکلی را توصیف می کند که برای ارتباطات دو طرفه با یک کنتور استفاده می شود و بیشتر در آمریکای شمالی استفاده می شود. استاندارد C12.18 به طور خاص برای ارتباطات کنتور از طریق پورت نوری ANSI نوع 2 نوشته شده است و جزئیات پروتکل سطح پایین را مشخص می کند. ANSI C12.19 جداول داده مورد استفاده را مشخص می کند. ANSI C12.21 افزونه ای از C12.18 است که به جای ارتباطات نوری برای مودم نوشته شده است، بنابراین برای خواندن خودکار کنتور مناسب تر است. ANSI C12.22 پروتکل ارتباطی برای ارتباطات راه دور است.

IEC61107 یک پروتکل ارتباطی برای کنتورهای هوشمند منتشر شده توسط IEC است که به طور گسترده برای کنتورهای برق در اتحادیه اروپا استفاده می شود. پروتکل IEC62056 جایگزین آن معرفی شده است، اما به دلیل ساده بودن و پذیرفته شدن آن همچنان در حال استفاده گسترده است. این پروتکل داده های ASCII را با استفاده از پورت سریال ارسال می کند. IEC61107 به پروتکل FLAG مربوط می شود و گاهی با آن اشتباه گرفته می شود.

پروتکل شبکه هوشمند باز (OSGP) توسط موسسه استانداردهای مخابرات اروپا (ETSI) منتشر شده است که در ارتباط با استاندارد شبکه کنترل ISO/IEC14908 برای اندازه گیری هوشمند و برنامه های شبکه هوشمند استفاده می شود. تاکنون میلیون ها کنتور هوشمند مبتنی بر OSGP در سراسر جهان مستقر شده اند. در جولای 2015، اتحادیه OSGP انتشار یک پروتکل امنیتی جدید (OSGP-AES-128-PSK) را اعلام کرد و توانست پروتکل امنیتی اصلی OSGP-RC4-PSK را که آسیب پذیر تشخیص داده شده بود، منسوخ کند.

روند رو به رشدی به سمت استفاده از فناوری TCP/IP به عنوان یک پلت فرم ارتباطی مشترک برای برنامه های هوشمند کنتور وجود دارد، به طوری که شرکت ها می توانند چندین سیستم ارتباطی را مستقر کنند، در حالی که از فناوری IP به عنوان یک پلت فرم مدیریت مشترک استفاده می کنند. یک رابط اندازه گیری جهانی امکان توسعه و تولید انبوه کنتورهای هوشمند و دستگاه های شبکه هوشمند را قبل از تنظیم استانداردهای ارتباطی فراهم می کند و سپس ماژول های ارتباطی مربوطه را به راحتی اضافه یا تغییر می دهند. این امر خطر سرمایه گذاری در استاندارد اشتباه را کاهش می دهد و همچنین اجازه می دهد تا یک محصول واحد در سطح جهانی مورد استفاده قرار گیرد حتی اگر استانداردهای ارتباطی منطقه ای متفاوت باشد.

مدیریت داده ها

فناوری حیاتی دیگر برای سیستم های کنتور هوشمند، فناوری اطلاعات در شرکت است که شبکه های هوشمند کنتور را با برنامه های کاربردی مانند صورت حساب و CIS یکپارچه می کند. این شامل سیستم مدیریت داده های کنتور می شود.

مدیریت داده های کنتور (MDM) به نرم افزاری اطلاق می شود که ذخیره سازی و مدیریت داده ها را برای مقادیر زیادی از داده های تحویل شده توسط سیستم های اندازه گیری هوشمند انجام می دهد. این داده ها عمدتاً شامل داده های استفاده و رویدادهایی است که از سرورهایی که مجموعه داده ها را در زیرساخت های اندازه گیری پیشرفته (AMI) یا سیستم های خواندن کنتور خودکار (AMR) مدیریت می کنند، وارد می شوند. MDM ممکن است شامل تجزیه و تحلیل داده های کنتور باشد، تجزیه و تحلیل داده های ارسال شده توسط کنتورهای هوشمند الکتریکی که مصرف انرژی الکتریکی را ثبت می کند.

زیرساخت های اندازه گیری پیشرفته (AMI)

زیرساخت های اندازه گیری پیشرفته (AMI) به سیستم هایی اطلاق می شود که مصرف انرژی را اندازه گیری، جمع آوری و تجزیه و تحلیل می کنند و با دستگاه های اندازه گیری مانند کنتور برق، کنتور گاز، کنتور گرما و کنتور آب، بنا به درخواست یا بر اساس برنامه، ارتباط برقرار می کنند. این سیستم ها شامل سخت افزار، نرم افزار، ارتباطات، نمایشگرها، کنترل کننده های انرژی مصرف کننده، سیستم های مرتبط با مشتری، نرم افزار مدیریت داده های کنتور و سیستم های تجاری تامین کننده هستند.

سازمان های دولتی و شرکت های آب و برق به عنوان بخشی از طرح های بزرگتر "شبکه هوشمند" به سمت سیستم های زیرساخت اندازه گیری پیشرفته (AMI) روی می آورند. AMI اجازه می دهد تا فرمان ها را برای اهداف متعدد به کنتور مشترک ارسال کنند، از جمله اطلاعات قیمت گذاری مبتنی بر زمان، اقدامات پاسخگویی تقاضا، یا قطع خدمات از راه دور.

شبکه بین دستگاه های اندازه گیری و سیستم های تجاری امکان جمع آوری و توزیع اطلاعات را به مشتریان، تامین کنندگان، شرکت های خدمات شهری و ارائه دهندگان خدمات می دهد. مصرف کنندگان می توانند با استفاده از اطلاعات ارائه شده توسط سیستم، الگوی مصرف عادی خود را تغییر دهند تا از قیمت های پایین تر استفاده کنند. شرکت های توزیع انرژی نیز می توانند از قیمت گذاری برای مهار پیک اوج مصرف استفاده کنند.