Современные технологии измерений

Умные счетчики газа СМТ-Смарт в едином информационном пространстве по учету газа.

По сообщениям прессы 4 декабря, под председательством вице-премьера Дмитрия Козака прошло совещание, темой которого было развитие интеллектуальных систем учета (ИСУ) электроэнергии. В итоговом документе совещания есть поручение Минэнерго, Минэкономики и ФАС проработать вопрос введения аналогичных «умных счетчиков» на газ. Согласованные предложения по ИСУ на газ министерства должны представить в правительство до 1 марта 2019года.

И, хотя представитель Дмитрия Козака Илья Джус пояснил, что применительно к ИСУ на газ дано поручение всего лишь о «первичной проработке вопроса», в прессе появились публикации, в которых основное внимание уделяется, якобы чрезмерно высокой стоимости так называемых “умных счетчиков газа” для населения тем более, что основными неплательщиками за потребленный газ являются не они, а производственные предприятия. И поэтому нет необходимости установки в бытовом секторе этих «умных счетчиков», хотя они якобы уже производятся и продаются по цене 4000 – 5000 рублей.

Так как этих и подобных им высказываний достаточно много, попробуем более детально разобраться в этом вопросе.   Для этого воспользуемся официальным документом – докладом «Поставки газа на внутренний рынок. Реализация программы газификации регионов» члена Правления, начальника Департамента ПАО «ГАЗПРОМ», генерального директора ООО «Газпром межрегионгаз» Кирилла Селезнева. На стр.8 доклада приведены данные о задолженности потребителей за поставленный газ:

Из приведенных данных видно, что имеется явно выраженная тенденция к общему росту неплатежей за поставленный потребителям газ: c 43,7 млрд. руб. в 2011г. до 199,3 млрд. руб. в 2017г. При этом долги категорий потребителей (производственные – население+ прочие потребители) в общем объеме задолженности распределились практически поровну; на долю населения приходится задолженность в размере 99,9 млрд руб. К мерам воздействия на неплательщиков за поставленный объем газа относятся взыскание долга по оплате в судебном порядке и отключение злостных неплательщиков от подачи газа до полной оплаты долга - применение подобного механизма регламентировано Постановлением Правительства РФ от 25.11.2016 N 1245 «О порядке ограничения подачи (поставки) и отбора газа» (в ред. ПП РФ от 26 .07.2018 N 875).

Следует сказать, что сама процедура отключения газа у должников для поставщика газа затратна финансово и непроста чисто технологически. Например, отключение газа у неплательщика, живущего в собственной квартире в многоквартирном доме.  В решении каких проблем могли бы помочь современные «умные счетчики»?

Сам термин «умный счетчик» предполагает, что счетчики газа, используемые в настоящее время, к таковому не имеют никакого отношения. Однако, до настоящего времени не сформулированы требования, которым умный счетчик должен соответствовать. В этой связи делаются попытки отнести к интеллектуальным приборам счетчики газа, имеющие всего лишь канал дистанционной передачи данных, - функцию несомненно важную, но никак не определяющую уровень «интеллекта» счетчика. Наконец, к вопросу о том, что «умные приборы» уже давно выпускаются и могут быть свободно установлены: с 2 по 5 октября этого года в Санкт –Петербурге проходила ежегодная Международная выставка «Рос Газ-Экспо», на которой демонстрировали свою продукцию отечественные и зарубежные производители газового оборудования. При этом на выставке практически отсутствовали образцы новых счетчиков газа - производители данного вида продукции ограничились демонстрацией хорошо известных устройств, - в основном механических диафрагменных газовых счетчиков. Из всего многообразия бытовых газовых счетчиков, представленных на выставке только один газовый счетчик, который без каких-либо ограничений можно отнести к интеллектуальным приборам нового поколения.

Какими же свойствами, по нашему мнению, должен обладать современный интеллектуальный счетчик газа? Ниже приведен примерный перечень возможностей такого прибора и дается пояснение с чем связана необходимость в упомянутых функциях.

  1. Счетчик газа должен обеспечивать измерение прошедшего объема газа, приведенного к стандартным условиям, - температуре +20° и давлению 101,3 кПа.

Необходимость в данной функции вполне очевидна, т.к. на стороне поставщика газа учет поставляемого потребителю объема производится с помощью измерительных комплексов, приводящих отпущенный объем к стандартным условиям с учетом температуры газа, его абсолютного давления и вычисленного текущего значения коэффициента сжимаемости, в то время, как основная масса установленных счетчиков газа измеряют прошедший объем при текущих условиях температуры и давления, либо осуществляют коррекцию объема только по температуре газа. Это связано с тем, что в ныне действующем ГОСТ Р 8.915-2016 «Государственная система обеспечения единства измерений. Счетчики газа объемные диафрагменные. Общие технические требования, методы испытаний и поверки» предложена формулировка: «Счетчик газа должен автоматически приводить измеренное количество прошедшего через него газа к температуре 20°С». Производитель счетчиков в таком случае волен либо вообще не учитывать давление газа при расчетах приведенного объема, либо использовать измеренного абсолютного давления некое подстановочное условно - постоянное значение.

Как известно, приведение объема газа к стандартным условиям (при использовании значения коэффициента сжимаемости газа «К» в виде условно-постоянной величины) производится по формуле:

Vпр = Vраб ( Ризм x Тст/ Рст xТизм х К), где

Ризм, Тизм – соответственно измерннные давление и температура газа;

Рст, Тст - стандартные значения давления и температуры газа по ГОСТ 2939.

Исходя из приведенной формулы очевидно, что погрешность приведения объема к стандартным условиям в равной мере зависит и от температуры газа и от его абсолютного давления. Пренебрежение любым из этих параметров, или использование подстановочных величин взамен измеренных значений приводит к расхождению объемов газа переданных поставщиком и измеренных потребителем.

Для обеспечения максимальной сходимости результатов измерения значения приведенного объема газа необходимо либо измерять и учитывать величину абсолютного двления газа, либо использовать счетчики, в которых реализован принцип измерения массового расхода, не зависящий от текущих параметров температуры и давления измеряемого газа.

  1. Конструкция и принцип измерения объема газа счетчиком должны обеспечивать максимальную защиту от внешних, в т.ч. несанкционированных воздействий, искажающих результаты измерения объема.

Данное требование выглядит не слишком конкретно, однако его появление на наш взгляд вполне оправдано. Так, применительно к бытовым диафрагменным счетчикам газа, в Интернете можно найти массу способов, с помощью которых можно не только исказить результаты измерения, но и вообще остановить процесс измерения потребленного газа. Аналогичные способы существуют и применительно к другим типам счетчиков.

Летом 2017 г на основании договора, заключенного между ООО «Газпром межрегионгаз» (г.Санкт-Петербург) и АО «Гипронииигаз» (г.Саратов) были проведены комплексные испытания бытовых газовых счетчиков, серийный выпуск которых осуществляется различными производителями. Приборы, представленные для участия в испытаниях, отличались по принципу измерения - ультразвуковой, струйный, объемный, по типу отсчетного устройства – механическое или электронное, а также по наличию механизма пересчета измеренного объема к стандартным условиям. Программа проведения испытаний содержала 23 пункта, причем все они касались проверки влияния различных внешних факторов на работоспособность приборов. К внешним факторам в данном случае относились условия монтажа и различные способы внешнего воздействия – магнитное поле, вибрация, импульсный режим работы, стойкость к электро-статическим разрядам и т.д. Несмотря на то, что программа в основном содержала пункты испытаний, приведенные в ГОСТ Р 8.915-206, только 2 счетчика из представленных для испытаний успешно их выдержали. И это результаты испытаний счетчиков, серийно выпускающихся в настоящее время.

Очевидно, что на этапе сертификационных испытаний разрабатываемые интеллектуальные счетчики газа должны подвергаться испытаниям по расширенной программе, максимально приближенной к работе в условиях их дальнейшей эксплуатации. В качестве таких дополнительных испытаний можно было бы предложить перечень, содержащейся в рекомендациях EN 14236: 2008 «Ultrasonic domestic gas meters».

  1. Обязательное наличие в счетчике механизма самодиагностики, осуществляющего контроль работоспособности счетчика, отдельных его узлов и режимов его работы.

Какие-либо интеллектуальные возможности счетчика могут быть реализованы только с помощью микроконтроллера, являющегося одним из основных его элементов. С его помощью производится измерение объема прошедшего через счетчик газа, приведение объема к стандартным условиям и другие функции счетчика. Такой интеллектуальный счетчик по своим возможностям значительно превосходит механический диафрагменный счетчик, в связи с чем с помощью программного обеспечения микроконтроллера должна быть реализована и функция автоматической проверки работоспособности счетчика, чувствительного элемента, с помощью которого осуществляется измерение расхода или объема газа, а также контроль технологических характеристик измеряемого газа, окружающей среды и иных параметров, могущих оказать влияние на точностные характеристики работы счетчика. Перечень контролируемых в режиме самодиагностики параметров во многом зависит от конкретной конструкции счетчика, однако можно выделить некие общие для всех. К ним относятся:

  • отказ измерительного устройства (механизма) счетчика;
  • измеренный расход больше Qmax;
  • измеренный расход меньше Qmin, но больше порога чувствительности;
  • температура измеряемого газа выше верхнего предела по ТУ (например +55°С );
  • температура измеряемого газа ниже нижнего предела по ТУ  (например -25°С ); 
  • температура окружающей среды выше верхнего предела по ТУ(например +55°С);
  • температура окружающей среды ниже  нижнего предела по ТУ (например- 40°С );
  • заряд встроенной батареи меньше минимально необходимого  значения;
  • состояние встроенного в счетчик клапана (открыт/закрыт);
  • возможность образования конденсата в счетчике;
  • параметры измеряемого газа не соответствуют ГОСТ 5542-87;
  • режим передачи данных по беспроводному интерфейсу;
  • работа счетчика в режиме контрольного элемента ( в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.915-2016).

Большинство из перечисленных выше параметров прямо или косвенно влияют на погрешность измерения объема счетчика. Например, выход за диапазон измерения расхода, для которого нормируется погрешность измерения, несоответствие текущей температуры измеряемого газа или окружающей среды паспортным данным для счетчика. Очень важный параметр – фиксация возникшего отказа чувствительного элемента или измерительного механизма счетчика – отображение данной информации на цифровом табло счетчика позволяет персоналу, обслуживающему данный прибор, оперативно принять решение о дальнейших действиях.

Наличие встроенной в счетчик функции автоконтроля его состояния с визуализацией аварийных состояний или нестандартных условий работы исключает возможность учета данных, полученных от неисправного счетчика, или от прибора, работающего в условиях, отличных от требований ТУ.

  1. Наличие встроенного в счетчик управляемого клапана.

Речь идет о электрическом управляемом клапане, встроенном непосредственно в корпус счетчика и управляемого микроконтроллером счетчика. С помощью данного клапана может производиться процедура блокировки подачи газа, например, в случае неуплаты за ранее поставленный газ. Изменение состояния клапана (подача газа включена/ блокирована ) должно производиться непосредственно по команде оператора поставщика газа, используя возможности беспроводного интерфейса (см.п.5); также управление режимом работы клапана должно производится автоматически микроконтроллером счетчика. Условия, при которых микроконтроллер осуществляет прямое управление клапаном, могут быть следующие:

  • измеренное значение расхода газа после открытия клапана превышает 0,015м3/ч, что свидетельствует об утечке – интервал времени измерения расхода газа после открытия клапана должно быть не более 1 мин; при обнаружении расхода газа клапан должен быть закрыт и, по прошествии 1 мин, попытка открытия должна быть повторена; всего попыток открытия клапана должно быть не менее 3-х.
  • превышения максимального допустимого расхода газа (Q ≥ 1,2 Qmax); контрольный интервал времени, после которого счетчик должен закрыть клапан (1нед. – 1мес.), программируется оператором; измеряемым параметром является суммарный суточный объем газа, прошедший через счетчик за установленный контрольный интервал времени.
  • разряд встроенной в счетчик батареи до минимально допустимого уровня, при котором еще гарантируется работоспособность счетчика;
  • обнаружения попытки вскрытия крышки корпуса счетчика, что может привести к нарушению его работоспособности;
  • обнаружения обратного потока газа (время непрерывной фиксации обратного потока – не менее 1 мин);
  • прочие вмешательства в работу счетчика, приводящие к нарушению его работоспособности.

Выполнение команд закрытия/открытия клапана должно сопровождаться  передачей  информации о итоговом состоянии клапана на сервер оператора. В архивной памяти счетчика должен фиксироваться каждый факт изменения состояния клапана счетчика, время этого изменения и причина, приведшая к изменению состояния клапана.

Наличие данного клапана, встроенного в корпус счетчика и управляемого непосредственно по командам оператора поставщика газа, существенно упрощает процедуру отключения подачи газа  должникам, т.к. для выполнения данной процедуры не требуется присутствия работников газовой службы в помещении (например – квартире потребителя газа, расположенной в многоквартирном доме), или расположенного на большом удалении от офиса технической службы поставщика газа. Включение подачи газа после оплаты потребителем долга за ранее поставленный газ может быть осуществлено также дистанционно, по команде оператора с последующим контролем изменения состояния клапана непосредственно микроконтроллером счетчика.

  1. Передача данных от счетчика на сервер поставщика газа по беспроводному интерфейсу.

Функция беспроводной передачи данных для интеллектуального прибора необходимо рассматривать как стандартное свойство, при отсутствии которого счетчик нельзя относить к классу умных приборов. Выбор конкретного механизма беспроводной передачи данных фактически ограничивается радиоканалом, либо сотовой GSM/GPRS связью. Как правило, передачи данных должен поддерживаться режим двухсторонней связи: от счетчика передается информация об измеренном объеме и все необходимые технологические параметры, включая данные самодиагностики счетчика, с сервера поставщика газа - команды на изменение каких-либо технологических параметров работы счетчика ( например, синхронизация текущего времени сервера и счетчика или изменение интервала между сеансами передачи данных), - перечень таких возможностей определяется программным обеспечением самого счетчика газа.

  1. Совместимость программного обеспечения счетчика с программным обеспечением верхнего уровня на сервере поставщика газа.

Реализация процедуры передачи по беспроводному интерфейсу данных от счетчика газа на сервер поставщика возможна только в том случае, когда во-первых, эти устройства работают по согласованному протоколу, а во–вторых, структура передаваемых счетчиком данных, их формат, а также перечень технологических команд для настройки режимов работы счетчика в сети, совместимы с программным обеспечением на сервере поставщика газа. Это представляет собой определенную проблему, т.к. со стороны  производителей счетчиков газа не существует единого формализованного алгоритма и структуры передаваемых/принимаемых данных, а поставщики газа могут использовать различные программно-технические комплексы для обработки получаемых данных – ИУС-ГАЗ, СКАДА-АНТ, АИС Регионгаз и другие. По-видимому, в настоящее время наиболее правильным вариантом решения данной проблемы явилось бы использование всеми производителями интеллектуальных счетчиков газа некой единой программы – шлюза, обеспечивающей, с одной стороны, прием первичных данных от различных счетчиков газа, конвертацию форматов принятых данных в единую структуру и  дальнейшую  передачу в программное обеспечение верхнего уровня, используемое на стороне поставщика газа. В качестве примера подобной программы - шлюза можно привести программно-технический комплекс «ГАЗСЕТЬ: Экстра », поддерживающий обмен данными с большим числом счетчиков газа, оснащенных различными типами электронных корректоров газа, преобразование полученных данных и их передачу в упомянутые выше программные сетевые комплексы.

В 2018 году ООО «Техномер» приступил к производству Умных счетчиков газа СМТ-Смарт для коммунально-бытового сектора типоразмеров G4, G6, G10, G16 и G25.

Метод измерения в данных приборах основан на микротермальном принципе (массовый метод). А сами счетчики предназначен для измерения природного газа в единицах объема, приведённого к стандартным условиям по давлению и температуре.

В данный момент счетчики газа СМТ-Смарт прошли все необходимые процедуры сертификации и уже установлены и успешно функционируют более чем 10 различных регионах России.