СМТ-Смарт: от просто счетчика газа к комплексу учета газа

Данные устройства были предназначены для приведения объема газа, измеренного при рабочих условиях, к стандартным условиям – температуре 293,15К и абсолютному давлению 101,325 кПа. Для получения информации об измеренном объеме газа в корректорах использовался частотный или импульсный вход, измерение давления и температуры газа осуществлялось с помощью внешнего преобразователя температуры, подключенного к корректору и датчика абсолютного давления, установленного, как правило, непосредственно внутри корпуса корректора . Типичными примерами электронных корректоров того времени являются Суперфлоу («Совтигаз», Россия), ELCOR-94 («Elgas, s.r.o.», Чешская республика), ЕК88/К («Elster», Германия).

Алгоритм получения объема газа. приведенного к стандартным условиям, в случае применения счетчика газа и электронного корректора можно представить следующим образом :

Измерение объема счетчиком газа → измерение температуры газа → измерение абсолютного давления газа → вычисление коэффициента относительной сжимаемости газа → вычисление объема газа. приведенного к стандартным условиям.

Как можно видеть, получение искомой величины – объема газа, приведенного к стандартным условиям, в данном случае достигается пересчетом результатов прямых измерений (рабочий объем газа, его температура и давление), связанных с искомой величиной известной зависимостью, что является стандартным определением косвенного способа измерения.

Естественно, что на этапе внедрения подобной связки счетчик газа + корректор, как со стороны метрологов, так и со стороны надзорных органов сразу же возникало масса вопросов по правомерности применения такого «сборного» устройства. Действительно, каждый прибор по отдельности имел необходимые документы, в которых декларировались его точностные параметры, однако никаких документов, подтверждающих величину относительной погрешности объема газа, приведенного к стандартным условиям никто предъявить, конечно же, не мог, - напомню, что описываемая ситуация относится к девяностым годам и периоду появления в России первых электронных корректоров объема газа. Поэтому предприятия – производители газовых счетчиков, желавшие поставлять их вместе с электронными корректорами были вынуждены заняться сертификацией нового средства измерения – комплекса учета газа, состоящего из покупного корректора и счетчика газа собственного производства.

Электронные корректоры объема газа разрабатывались их производителями в качестве универсальных приборов, предназначенных для работы с широкой гаммой счетчиков и различных периферийных устройств, в связи с чем при создании конфигурации комплекса могли возникать (и возникали) различные сложности. Например, габаритные размеры конкретного типа корректора могли быть таковыми, что невозможно разместить его в непосредственной близости к счетчику газа, а это приводит к длинным линиям связи между корректором и счетчиком, корректором и преобразователем температуры, входящим в состав корректора, точкой отбора давления газа и преобразователем давления, расположенным непосредственно в корпусе корректора. Информация от счетчика газа передавалась не в виде «копии» данных с его механического отсчетного устройства, но в виде импульсов с определенным весовым (объемным) коэффициентом, что могло привести к возникновению разницы в показаниях величины накопленного объема между счетчиком газа и корректором. Для обеспечения минимальной величины погрешности измерения преобразователь абсолютного давления, входящий в состав корректора, использовался в узком диапазоне измеряемых давлений причем, т.к. сам преобразователь, как правило, устанавливался непосредственно в корпусе корректора, заменить его другим, с требуемым диапазоном измерения, на этапе производства комплекса учета газа было невозможно, в связи с чем производителю комплекса необходимо иметь у себя набор корректоров с преобразователями на различные диапазоны измеряемых давлений.

С целью преодоления указанных выше трудностей, связанных с созданием комплексов учета газа на базе универсальных корректоров, производителями счетчиков газа были предложены собственные конструкции, представляющие собой законченный комплекс учета газа. В качестве примера приведем две: счетчик газа СГТ16Э [1] производства ОАО АПЗ (г. Арзамас) и счетчик TGFE [2] производства TMS Co LТD (Корея).

На рис.1 приведен внешний вид счетчика СГТ16Э. Счетчик построен на базе хорошо известного турбинного счетчика СГ-16Т в котором, взамен механического, применено электронное отсчетное устройство с функцией корректора газа.

Как видно из рис.1 установка преобразователей температуры и давления производится непосредственно в корпус преобразователя расхода. Сигнал, пропорциональный расходу газа, - частотный, снимается бесконтактно непосредственно с ротора турбины и передается в электронное отсчетное устройство по короткому кабелю, проходящему внутри корпуса счетчика, что исключает искажение информации при ее передаче. Преобразователь абсолютного давления, используемый в комплексе – внешний, многопредельный, с передачей данных о давлении в размерности – кПа,мПа или Бар, по цифровому интерфейсу. Выбор диапазона измерения производится преобразователем давления автоматически, таким образом, чтобы обеспечить минимальное значение погрешности измерения во всем диапазоне измерений. Работа данного комплекса, включая электронное отсчетное устройство и преобразователь давления осуществляется от одной литиевой батареи, расположенной в корпусе электронного устройства.

На рис.2 приведен внешний вид счетчика TGFE, а на рис.3 показаны детали его конструкции.

Сравнивая конструкции этих счетчиков, при внешнем отличии деталей нельзя не отметить их концептуальное сходство. Оба счетчика построены на базе турбинных преобразователей расхода газа, имеют электронное устройство, реализующее функции корректора объема газа, приводя его к стандартным условиям, преобразователи температуры и давления газа устанавливаются непосредственно в корпус преобразователя расхода. С учетом набора функций, выполняемых данными приборами, они в полной мере отвечали требованиям, применявшимся ранее к комплексам учета природного газа.
Комплексы учета газа, построенные с использованием готовых корректоров, а также построенные на базе электронных счетчиков, где функция корректора встроена в электронный блок счетчика используются исключительно в промышленности, при измерении относительно больших расходов газа. Применительно к коммунально-бытовому сектору, где типоразмеры применяемых счетчиков ограничены диапазоном G10 – G50 в настоящее время сложилась ситуация, в которой использование готовых корректоров несостоятельно по чисто финансовым причинам, а счетчиков, в в которых функция корректора интегрирована в конструкцию счетчика на этапе производства, до последнего времени просто не было. Однако, в настоящее время ООО «Техномер» г. Арзамас приступил к подготовке производства комплексов учета газа СМТ типоразмеров G4, G6, G10, G16 и G25, предназначенных для использования в коммунально-бытовом секторе. Как следует из названия комплекса, последний построен на базе микротермального метода измерения с использованием в качестве основного элемента измерительного микротермального модуля, аналогичного применяемому в счетчиках газа СМТ-Смарт. При этом в данном измерительном комплексе, также, как ранее в счетчике СМТ Смарт, используется метод прямого измерения, т.к. измеренный параметр – объем газа, приведенный к стандартным условиям, получается непосредственно от данного средства измерения, без привлечения результатов других прямых измерений.

Внешний вид измерительного комплекса СМТ Смарт приведен на рис. 4. 

В комплексах учета газа СМТ-Смарт для всех типоразмеров используется единый унифицированный корпус фланцевого исполнения с крупным 4-х строчным матричным дисплеем, на котором отображается буквенно-цифровая информация и служебные символы. Основные метрологические и эксплуатационные характеристики комплекса приведены в [3]. Комплекс выгодно отличается от просто счетчика расширенным набором функциональных возможностей. В первую очередь это относится к наличию нескольких интерфейсов передачи данных – это не только оптоканал и встроенный модем GSM/GPRS связи, но также интерфейс RS485. Передача данных по каналу сотовой связи может осуществляться по нескольким протоколам – CSD, TCP-IP и FTP, в зависимости от необходимости работы с различными программами верхнего уровня. Основное питание комплекса – от внутренних батарей и их емкость расчитана на два межповерочных интервала однако, если поставщик газа хочет получать данные с комплекса как можно чаще, что может привести к преждевременному разряду встроенных батарей, комплекс допускает подключение внешнего блока питания. В этом случае появляются дополнительные возможности, связанные с печатью протоколов почасовых данных комплекса с помощью принтера, подключаемого к внешнему блоку питания, а также подключение к нему компьютера для анализа данных, получаемых по каналу RS232/RS485 – по выбору. Для работы встроенного модема GSM/GPRS связи в комплексе стандартно предполагается использовать внутреннюю антенну, однако в случае неустойчивой связи в месте установки комплекса, его конструкция допускает подключение внешней антенны, которая может быть отнесена на расстояние в несколько метров. И, наконец, существенно увеличен объем архивных данных, формируемых в комплексе - в него входит не только почасовой и суточный архивы данных измеренного объема газа, его температуры и температуры окружающей среды, одновременно формируется архив предупреждений о возможных нарушениях в работе комплекса, фиксируются также все обнаруженные как в процессе эксплуатации, так и до момента монтажа, попытки внешних воздействий, которые могут привести к ухудшению метрологических характеристик комплекса вплоть до его полной неработоспособности.

Как видим, перечень нововведений в комплексе СМТ Смарт по сравнению с аналогичным счетчиком настолько обширен, что название «измерительный комплекс» в данном случае действительно отвечает сути внедренных новаций. Данном измерительный комплекс по своей конструкции представляет собой законченное устройство, не требующее для своей работы подключения к нему каких-либо дополнительных средств измерений.

В заключении хотелось сравнить возможности комплекса учета газа СМТ Смарт с аналогичными комплексами других производителей. Обязательным для всех комплексов условием является обеспечение работы в составе интеллектуальной системы учета (ИСУ) верхнего уровня. Также обязательным требованием является защита от различных внешних воздействий, которые могут исказить результаты измерений. Подробно требования к измерительным приборам, предназначенным для работы в составе ИСУ приведены в [4]. При этом находит подтверждение ранее высказанная мысль о том, что приборы типоразмеров G4 – G25, применяемые для учета газа в коммунально- бытовой сфере, отвечающие современным требованиям, предъявляемым к комплексам учета газа, в настоящее время практически отсутствуют, - в таблице 1 приведены приборы, измеряющие объем газа с его дальнейшей коррекцией по температуре что, как совершенно понятно, никак не соответствует требованиям по приведению объема к стандартным условиям. Также в этих приборах отсутствует встроенный модем сотовой связи, что изначально исключает их работу в составе интеллектуальной измерительной системы верхнего уровня. И, наконец, в случае комплектации этих приборов внешним модемом, для получения от них данных, под каждый из них потребуется доработка программы верхнего уровня, т.к. ни структура архивов, ни объем передаваемой информации, не говоря о протоколе обмена, для этих приборов не является едиными. Однако, совершенно понятно, что выполнение требования по обязательной доработке программного обеспечения ИСУ верхнего уровня всякий раз при использовании нового типа счетчика, никак нельзя считать оправданным.

Табл. 1

*Режим самодиагностики в комплексе СМТ Смарт осуществляет контроль следующих состояний:

• отказ измерительного устройства (механизма);
• измеренный расход больше Qmax;
• температура измеряемого газа выше верхнего предела по ТУ;
• температура измеряемого газа ниже нижнего предела по ТУ;
• температура окружающей среды выше верхнего предела по ТУ;
• температура окружающей среды ниже нижнего предела по ТУ;
• заряд встроенной батареи меньше минимально необходимой величины;
• вскрытие крышки корпуса или батарейного отсека;
• параметры измеряемого газа не соответствуют ГОСТ 5542-87;
• режим передачи данных по беспроводному интерфейсу;
• отключение встроенной батареи питания;
• отсутствие в слоте SIM- карты;
• обнаружение иных внешних вмешательств в работу комплекса.

Сравнивая два комплекса из приведенных в табл.1 – СМТ-Смарт и СГ-ТК-Д можно отметить следующее. Комплекс СМТ-Смарт представляет собой законченное изделие, в котором реализован метод прямого измерения объема газа. приведенного к стандартным условиям, не требующее для своей работы каких-либо дополнительных устройств. Данный комплекс адаптирован для работы с различными ИСУ верхнего уровня, для чего используется программа-шлюз «Газсеть: Экстра»; ее применение согласовано с разработчиком программ верхнего уровня – компания « АНТ » г.Москва. Комплекс СГ-ТК-Д является составным изделием – в него входят объемный диафрагменный счетчик, самостоятельный электронный блок, реализующий функцию корректора газа и дополнительно - внешний блок питания и модем , необходимый  для передачи накопленных данных на сервер поставщика газа. В данном комплексе, в отличии от СМТ Смарт, используется метод косвенного измерения: счетчик газа измеряет объем при рабочих условиях, после чего электронный корректор, на основании данных по температуре газа, производит пересчет полученного объема применительно к температуре + 20*С, без учета реальной величины абсолютного давления газа. Получение и обработка данных на сервере поставщика газа производится программой «СОДЭК », взаимодействие которой с ИСУ верхнего уровня должен взять на себя поставщик газа. либо компания - производитель программного комплекса ИСУ.

Литература

1. Счетчики газа турбинные СГТ16Э. Описание типа средства измерения.
2. Catalogue «TMS Korea Gas Meter».
3. Комплекс СМТ Смарт G4–G25, технические характеристики.
4. Охотин А.А «Умный счетчик для интеллектуальной системы учета газа : есть ли выбор?»
5. Счетчик газа «Принц» Руководство по эксплуатации БКГН 002.00.00.000РЭ
6. Счетчики газа ультразвуковые АГАТ М. Руководство по эксплуатации ГЮНК 407251.004 РЭ.
7. Комплексы для измерения количества газа СГ-ТК. Руководство по эксплуатации ЛГТИ. 407321.020 РЭ.