BRPI0902070A2 - sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidades por monitoramento/comando pontual e método - Google Patents

Abstract

Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidades por Monitoramentolçomando Pontual e Método A presente invenção relata um sistema de monitoramento e comando que envolvem equipamentos automáticos de leitura pontual capaz de medir, calcular e armazenar informação sobre consumo de valores referentes a facilidades de natureza diversa, com comunicação direta com um equipamento concentrador dos dados. Na presente invenção, dito equipamento concentrador de dados, operacionalizado por etapas, agrega e transmite a informação para uma unidade central. A unidade central, componente desta invenção, traduz a informação recebida e constrói relatórios que constituem métodos para gestão de eficiência doméstica, comercial ou industrial, no que se refere ao consumo das facilidades controladas e monitoradas.

Description

Título da Invenção: Sistema para gestão eficiente de consumo defacilidades ou utilidades por Monitoramento/Comando Pontual e Método

Campo de Aplicação

A presente invenção relata um sistema de monitoramento e comando queenvolvem equipamentos automáticos de leitura pontual capaz de medir,calcular e armazenar informação sobre consumo de valores referentes afacilidades de natureza diversa, com comunicação direta com um equipamentoconcentrador dos dados. Na presente invenção, dito equipamento concentradorde dados, operacionalizado por etapas, agrega e transmite a informação parauma unidade central.

A unidade central, componente desta invenção, traduz a informação recebida econstrói relatórios que constituem métodos para gestão de eficiênciadoméstica, comercial ou industrial, no que se refere ao consumo dasfacilidades controladas e monitoradas.

Para esta invenção, o conceito de "facilidade ou utilidade" abrange todo oconjunto de serviços de primeira e segunda necessidades, fornecido porempresas públicas ou concessionárias prestadoras de serviços e que, para opresente documento tem relação com água, energia e gás natural de cozinha.

Sumário da Invenção

Geralmente, equipamentos de medição automáticos incluem uma central deprocessamento, disposta em um local de entrada do fornecimento da facilidadeque executa uma operação de arquivamento de dados após um processo decoleta de informação.

Para a presente invenção, um sistema de monitoramento/comando defacilidades, consumidas em edificações de destinação diversa: residencial,industrial e comercial, possui conexão com uma concentradora, cujaoperacionalização pode opcionalmente ser personalizada pelo cliente/usuário,caracterizando-se como um sistema compacto, de alto potencial de usabilidadee baixo custo de aquisição.

A presente invenção descreve, portanto, sistema e equipamentos,funcionalizados, conectados por uma rede de comunicação paramonitoramento e controle de consumo de facilidades, com aplicaçãodiversificada para atender/determinar padrão de consumo individual, correçãode problemas de má utilização ou mau funcionamento, por meio do conjunto detodas as informações geradas por cada equipamento instalado, em períodos detempo.

Os equipamentos de coleta dos dados de uso/consumo dos recursos, objetodesta invenção, são dotados de dispositivo de bateria, sendo o seu usoopcional, podendo ser utilizada qualquer outra fonte de tensão. O sistemapossui componentes para armazenagem dos dados, cuja funçãohabilita/desabilita é controlada pela concentradora. A invenção descreve ummétodo para gerir eficiência, que envolve a conexão de equipamentos demedição de consumo de facilidades, equipamentos de comunicação de dados,equipamentos de armazenamento e tratamento de dados, conectados direta ouindiretamente com a concentradora, onde a leitura realizada em intervalos detempo é arquivada, evitando interrupção no funcionamento em função de falhasda rede no fornecimento das facilidades.

Em resumo, a proposta apresenta um sistema de gerenciamento de consumocapaz de monitorar e comandar o consumo de cargas elétricas, água e gás emedificações residenciais, industriais e comerciais. Através de uma rede sem fio(Rádio freqüência) dispositivos de medição e comando enviam informação auma concentradora de dados que, por sua vez, envia os dados medidos parauma unidade central remota.

Estado da Técnica

As vantagens de medidores de consumo automáticos para energia emedidores para outras utilidades é bastante reconhecida. Tais vantagensacrescem à eliminação de altos custos associados a presença física deagentes de medição e substituição de medidores manualmente operados, apossibilidade de controle do consumo de localidades distantes da prestadorados serviços ou de sua concessionária.

Entretanto, tais vantagens não têm sido completamente atendidas pelastecnologias existentes do mercado. A maioria dos equipamentos requercircuitos de comunicação específicos e o poder de medição sofre com as falhase interrupções na prestação dos serviços, prejudicando a qualidade dos dadosgerados. Muitas vezes, o equipamento está adaptado a apenas alguns tipos defornecimento de facilidade, tornando impossível estender o uso de taisequipamentos a toda a rede de consumidores de uma facilidade.

Os custos associados a aquisição destes equipamentos é elevado, não apenasem função do valor de aquisição, mas também por serem necessárias reformasestruturais para sua adaptação. Isto dificulta a implementação de programas deeficiência em consumo de recursos naturais e contribui para aumento dapreocupação dos órgãos governamentais de meio ambiente e planejamento.No interesse de prover um medidor de mais fácil instalação, algumas pesquisasforam realizadas, especificamente no que respeita ao atendimento de eficiênciaem gestão energética. Entretanto, a sensibilidade destes equipamentos estácondicionada à sensibilidade do medidor central de cada unidade predial, sejaresidência, comércio ou indústria. Outra desvantagem dos equipamentostradicionais tem sido a inclusão de circuitos de telefonia exclusivos paracoordenar o fluxo de informação enviado ao escritório central da provedora deenergia.

Outro fator ainda não resolvido pelas tecnologias presentes no estado datécnica é a pretensão de acompanhamento da real demanda de consumo deuma população no que tange a usabilidade dos seus equipamentos domésticosou industriais, considerando seu consumo no tempo.

O aumento acelerado nos custos de geração de facilidades vem seapresentando como forte tendência para a precificação diversificada em funçãodo horário e da demanda respectiva. Significa que o fornecimento será cobradode acordo com a demanda da população para cada geradora de facilidades emfunção da intensidade da requisição e ainda em função dos esforçosproduzidos para o fornecimento naquele determinado momento.Para implementar tais alternativas é necessário aperfeiçoar os mecanismos demedição de utilidades, tendo como requisito mínimo, habilidade paradeterminar os períodos de pico de consumo, falhas de fornecimento e perda nadistribuição, bem como consumo excessivo ou deficiente decorrente de falhasnas instalações internas das edificações.

O estado da técnica descreve alguns esforços no sentido de prover tecnologiasque respondam as demandas apontadas acima. O pedido US2009045804-A1descreve um medidor de consumo de energia cognitivo, utilizado paracondomínios, permitindo identificar o consumo individual. Em W02004095327-A2 e AU2003246786-A1 um sistema de gestão de medidores eletrônicos emtempo real é descrito. O sistema gere informações de cada subscritor(consumidor) ou grupo de subscritores e encaminha estas informações parauma rede permitindo estabelecer o perfil destes ou de cada um.

Os pedidos de patente KR2005092617-A e KR565826-B1 apresentam umequipamento de telemetria remota capaz de medir informação relacionada auma pluralidade de unidades de medição de consumo, utilizando as linhas deforça. Em EP871018-A um sistema doméstico de medição de fluídos utilizandoum circuito elétrico isolado, composto de um medidor com fotodiodo e umacélula fotovoltaica é descrito. Este equipamento tem sua aplicação direcionadapara alarme nos casos de vazamentos, utilizando um controle luminoso.O pedido de patente CN200953441-Y relata a construção de uma subestaçãointeligente com múltiplas funções: compensação de voltagem reativa, mediçãoa longa distância, monitoramento de cargas, sistema de alarme paramonitoramento de distribuição de baixas voltagens, adotando um mecanismodinâmico de compensação e ajuste, que utiliza uma rede wireless.A patente EP1906157-A2 descreve um sistema totalizador de fluxo parasistemas de medição de fluídos. A proposta é de aplicação na medição do fluxode fluídos para transporte, distribuição e venda para revendedores ou estaçõesde concessionárias. Em EP420545-B1 um medidor eletrônico digital paramedir corrente e voltagem em condutores de fase de linhas de força, de umapluralidade de tipos de sistemas de distribuição de eletricidade polifásicos.Portanto, permanece a demanda por um medidor automático que responda aosproblemas vigentes, capaz de ser utilizado independente dos leitoresconvencionais, extensível aos diversos mercados e natureza de edificações(residência, comércio e indústria), com mecanismos de comunicação ágeis,com habilidade para leitura, interpretação de facilidades distintas.

Descrição Detalhada da invenção

Para entendimento da invenção a ser detalhada, devem ser consideradas aspráticas de energy saving e Smart Grid. Energy saving constitui a prática deredução da quantidade de energia utilizada, e pode ser alcançada através douso eficiente da energia ou por meio de serviços de consumo reduzido deenergia. O conceito de Smart Grid reporta a nova estruturação do setor elétricoem geração e distribuição de energia. A perspectiva de gestão eficientetambém está refletida no uso responsável dos recursos hídricos em função daredução de sua disponibilidade, aumento nos custos para tratamento efornecimento, bem como nas propostas de tarifação pela quantidade de águautilizada por cada unidade consumidora.

Valores instantâneos de consumo de facilidades pontualmente mensuradossão digitalizados e integrados em uma concentradora com interface decomunicação com uma unidade central de tratamento, processamento ecomando remoto. Numa concretização preferencial, o sistema da presenteinvenção compreende um conjunto de equipamentos conectados às saídas defornecimento pontual de facilidades, por sua vez conectados a um equipamentodenominado concentradora, também conectada a uma unidade central. Oconjunto de equipamentos nesta concretização, operam ciclos de medição earquivamento de valores instantâneos de consumo de facilidades de formaindependente. Cada ciclo operado pelos medidores é transferido para oequipamento concentrador, de forma unidirecional. A concentradora empacotaos dados de medição recebidos, encaminhando à unidade central. Aconcentradora opera em ciclos de habilitação e desabilitação dos medidores,exercendo função de comando direto. A concentradora, por meio do comandodireto, pode também ser funcionalizada para comandar os medidoreshabilitando/desabilitando o fornecimento de facilidades para os equipamentosconectados aos medidores. A unidade central atua como comando remoto,funcionalizando os ciclos de operação da concentradora, e medidores,provendo informações comparativas entre consumidores e/ou localidades,estabelecendo perfis de consumo individual, possibilitando tarifaçãoindividualizada para edificações condominiais, assessorando nas análises deeficiência no transporte e distribuição de facilidades.

A unidade central inclui mecanismos de processamento de informação queficará disponível via WEB. A comunicação entre estes equipamentos se dá peloenvio de dados por condutores convencionais ou por Internet. O protocoloestabelecido entre estes equipamentos determina uma faixa de intervalo paraoperacionalização de cada ciclo de envio e coleta de informações.

Adicionalmente, esta unidade central pode atuar na tarifação dos valoresapurados do consumo das facilidades medidas ou atuar nahabilitação/desabilitação do fornecimento das facilidades no caso deimplementação do sistema de Smart Grid no Brasil, já se encontrandoadaptada para o Smart Grid em outros países da América Latina, a exemplo daArgentina.

Isto significa que o sistema da presente invenção assegura correspondênciacom as mais recentes tendências de gestão eficiente na geração, transporte,distribuição e fornecimento de facilidades, estando conforme as normasregulatórias.

Em outra execução da presente invenção, os equipamentos de mediçãoautomáticos de cada ponto monitorado na edificação do consumidor,compreendem equipamentos portáteis facilmente instaláveis, adaptáveis asestruturas disponíveis em cada edificação: tomadas, soquetes, tubulação.A concentradora estoca informações sobre cada fonte de origem dainformação, freqüência e duração das falhas de fornecimento associadas aospontos ou fontes de origem da informação. Esta informação sobre falha nofornecimento é encaminhada a unidade central e pode ser utilizada pelasgeradoras de facilidades.

Os equipamentos de medição automáticos da presente invenção sãocapacitadas para comando de habilita/desabilita o fornecimento da facilidade,sem modificação de sua estrutura, apenas pela funcionalização daconcentradora. Numa terceira concretização, o sistema consiste emdispositivos acoplados a tomadas, interruptores, saídas de água e gás quemonitoram individualmente o consumo destas facilidades. Esses dispositivosestão em constante comunicação com a concentradora. Neste sistema(denominado "radial"), a concentradora recebe dados dos medidores, paraverificar a qualidade do fornecimento da facilidade e consumo de cada cargaem diversas formas de apresentação gráfica (hora, dia, mês). A unidade centraltrata e esquematiza os dados personalizados para cada unidade predial emque estão instalados a concentradora e os equipamentos de mediçãoautomáticos, gerando informações em linguagem acessível ao público leigo,em formato gráfico. Em caso de implementação de comando habilita/desabilita,a unidade central funcionaliza a concentradora para operacionalizar estesciclos, interrompendo o fornecimento das facilidades nos pontos em que estãoinstalados os medidores automáticos. A concentradora, por sua vez,operacionaliza ciclos de fornecimento/não fornecimento de facilidades de cadaequipamento de medição automático de forma independente. Para estaoperação, a concentradora estabelece um protocolo de comunicação bi-direcional com os equipamentos de medição automáticos. Esta comunicaçãobi-direcional pode não envolver a comunicação entre os equipamentos demedição automáticos.

Numa quarta incorporação, a unidade central, trata, esquematiza e gera ainformação, comunicando ao consumidor. O usuário pode acessar estainformação de seu computador pessoal, smart-phone ou qualquer terminal deacesso a Web. Dessa forma é possível também programar o consumo de cadaequipamento conectado ao dispositivo habilitando/desabilitando a energiadestes por horário.

Numa quinta incorporação, o sistema pode ser funcionalizado parahabilitar/desabilitar o fornecimento pontual de facilidades, de formaindependente, de acordo com a cota de consumo disponível por facilidade, nocaso de aquisição prévia de valores de facilidades, com a implementação desistemas pré-pagos.Numa sexta incorporação, os equipamentos do sistema de monitoramento temcomunicação por radio freqüência para transmissão e recepção de pacotes dedados. Os equipamentos de medição automáticos realizam medições emintervalos de tempo determinados e enviam os dados requeridos para aconcentradora. A transmissão dos dados para a unidade central é realizada porum protocolo de Internet, por meio da concentradora.

Numa sétima incorporação, a presente invenção reduz a dependência desistemas provedores de leitura automática de medição (AMR), com apossibilidade de fornecer ao consumidor, informações sobre problemas nofornecimento de facilidades que permitam contestar anomalias e valoresexcessivos na contraprestação do serviço por parte dos provedores. Por meiode um diagnóstico, o sistema determina a necessidade de intervenções dereparo ou intervenções de gestão do consumo, baseado em eficiência. Pormeio de uma plataforma amigável, o consumidor poderá requerer intervençõespontuais à distância ou mesmo intervenções pontuais in loco. Esta invençãopermite otimizar a operação do mercado de energia e água, principalmente, emconsonância com os princípios do smart grid. Isto porque promove uma estreitacoordenação entre fornecedores e consumidores de facilidades, por meio dopartilhamento de informação específica privilegiada.

Numa oitava concretização, a presente invenção constitui-se num método paraotimização dos custos totais de gastos energéticos, de gás e de água, incluindocustos de flutuação na variação do consumo não identificado, como nos casosde condomínios verticais de qualquer natureza, onde a estrutura hidráulica e/ouelétrica, não permite a identificação individualizada do consumo ou deproblemas de fornecimento.

Em uma nona concretização, a invenção constitui um método de otimização daprodução energética, na medida em que inserida no conceito de smart grid,disponibiliza uma ferramenta de detecção de perdas na transmissão efornecimento de facilidades.

Descrição detalhada das Figuras

Como mostrado na Fig. 1, a unidade central compreende o equipamento deacesso remoto, onde a informação é acumulada, tratada, interpretada, tabuladae tornada disponível para os diversos fins a que se destina(habilitação/desabilitação de funções, tarifação, etc.). O sistema compreendeum conjunto de equipamentos de medição automáticos, conectados a umaconcentradora. Os equipamentos de medição apresentam estética diferenciadapara adaptação da facilidade mensurada. Os equipamentos de medição degrandes elétricas podem ser instalados em saídas de carga que alimentamequipamentos de baixo, médio e alto consumo. Os equipamentos de mediçãode grandezas de fluídos são instalados na parte externa da tubulação, porémanteriores a torneiras, chuveiros e válvulas, e possuem configuração edimensões que variam conforme a vazão. A concentradora, por sua vez, possuiestrutura similar a uma pequena caixa, com interface para rede WAN e unidadede comunicação para transmissão de dados por rádio freqüência. A propostaapresentada na Fig. 1, constitui um sistema de gerenciamento de consumocapaz de monitorar o consumo de cargas elétricas, água e gás em edificaçõesresidenciais, industriais e comerciais. Através de uma rede sem fio, osdispositivos de medição e comando trocam informação com umaconcentradora de dados que, por sua vez, envia os dados medidos para umaunidade central. O sistema consiste em dispositivos acoplados a tomadas,interruptores, saídas de água e gás que monitoram individualmente o consumode facilidades. Através de um acesso Web o usuário é capaz de verificar oconsumo de cada facilidade em diversas formas de apresentação gráfica (porhora, dia, mês). O usuário pode acessar esta página de seu computadorpessoal, smart-phone ou qualquer terminal. Dessa forma é possível tambémprogramar o consumo de cada equipamento conectado ao dispositivohabilitando/desabilitando a energia destes por horário.

A Fig. 2 descreve o funcionamento e ciclo operacional dos equipamentos demedição automáticos para grandezas elétricas. Os medidores pontuais deenergia permanecem, grande parte do tempo, em módulo de baixo consumo deenergia (módulo sleep). Duas situações interrompem o módulo sleep:

• interrupção por tempo (alta prioridade): a cada "n" segundos odispositivo sai do sleep, mede e calcula grandezas elétricas, grava osdados na memória e volta para sleep. Após "m" vezes que o processo érepetido, o dispositivo envia os dados para a concentradora.

• interrupção por mensagem recebida (baixa prioridade): quando omódulo de comunicação RF recebe uma mensagem ele gera umainterrupção no sistema fazendo o dispositivo sair do sleep e processar amensagem. Existem dois tipos de mensagem, habilitar ou desabilitar aenergia da carga. Após executar o comando o dispositivo volta parasleep.

A Fig. 3 descreve o funcionamento e ciclo operacional para os equipamentosde medição automáticos para grandezas fluídas. Os medidores pontuais deágua e gás permanecem, grande parte do tempo, em módulo de baixoconsumo de energia (módulo sleep). Duas situações interrompem o módulosleep:

· interrupção por tempo (baixa prioridade): a cada "y" segundos odispositivo sai do sleep e envia os dados para a concentradora.

• interrupção por pulso recebido (alta prioridade): quando o dispositivodetecta um pulso ele gera uma interrupção no sistema fazendo odispositivo contabilizar o pulso. Um timer é ativado. Caso não ocorraoutra interrupção em "n" segundos o dispositivo volta para módulo sleep.

A Fig. 4 descreve o funcionamento e ciclo operacional da concentradora.

■ Concentradora de dados

A concentradora de dados possui uma rotina principal que espera dados dosmedidores através do seu módulo de comunicação RF. Uma vez recebidos,esses dados são gravados na memória local. O módulo de WEB presente naconcentradora sincroniza os dados com a unidade central por intervalo detempo. Nessa sincronização, dados de medição são enviados a unidade centrale dados de configuração são recebidos pela concentradora. Desta forma,funções de comando (habilitar e desabilitar) operacionalizam os eletro-eletrônicos e demais objetos cujo funcionamento seja monitorado pelosmedidores pontuais automáticos de facilidades.

Claims (21)

1. Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual e Método, caracterizado porcompreender uma unidade central, unidade concentradora e equipamentosautomáticos de medição pontual.

2. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado por ser a unidadecentral um equipamento de armazenamento de dados e acesso remoto.

3. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado por ser a unidadeconcentradora, um equipamento de captação de dados e comando dosmedidores e sincronização de dados com a unidade central.

4. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, de acordo com as reivindicações 2 e 3, caracterizado por compreender mecanismos de monitoramento e controlepontual de cargas elétricas e fluídos.

5. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado por compreender osequipamentos automáticos de medição pontual, ferramentas de leitura,armazenamento, transmissão de valores das grandezas mensuradas.

6. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por constituírem estas grandezas, energia elétrica, água e gás.

7. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado por incluir meios decomunicação remota com cada equipamento pontual de medição automático.

8. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado por compreender oequipamento automático de medição pontual de cargas elétricas:a) Um componente para medição de corrente e tensão;b) Um componente microprocessado para digitalização das grandezasmedidas e comunicação com a unidade de transmissão;c) Uma memória para armazenamento dos dados processados;d) Uma bateria;e) Unidade de transmissão;

9. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ou utilidadespor Monitoramento/Comando Pontual, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado por ser a bateria opcionalmente substituída por qualquer fonte detensão.

10. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades oucompreender o equipamento automático de medição pontual de fluídos:a) Carcaça de formato tubular;b) Mecanismo magnético de medição;c) Unidade transmissora;

11. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ouutilidades por Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado por seroperacionalizado independente das condições de provimento das facilidades eda qualidade no provimento destas facilidades.

12. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ouutilidades por Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado porcompreender a concentradora, um equipamento com memória paraarmazenamento de dados de consumo com capacidade para até 1000equipamentos automáticos de medição pontual.

13. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ouutilidades por Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado porser a leitura, transmissão, dos dados determinada por intervalos de tempo pre-determinados.

14. - Sistema para gestão eficiente de consumo de facilidades ouutilidades por Monitoramento/Comando Pontual, caracterizado porser o tratamento e apresentação dos dados determinada por intervalos detempo pré-determinados opcionalmente em tempo real.

15. - Método, caracterizado por compreender as etapas de:a) leitura de corrente e tensão e leitura de vazão de fluídos;b) comunicação dos valores mensurados à concentradora por radio-freqüência;c) transmissão remota dos dados agregados em períodos de tempo para aunidade central por via WEB;d) tratamento, arquivo e apresentação dos dados via WEB;e) controle e operacionalização de comando remoto, com envio de ciclooperacional da unidade central para a concentradora;f) funcionalização dos equipamentos automáticos de medição pontual parahabilitar e desabilitar;g) sistematização e apresentação gráfica personalizada e comparativa dosdados por WEB.

16. - Método, de acordo com a alínea f da reivindicação 15, caracterizado porcompreender o controle responsivo e seletivo dos equipamentos automáticosde medição pontual, para permitir o fornecimento de facilidades seletiva eindependentemente.

17. - Método, caracterizado por compreender os mecanismos de transmissãode rádio freqüência e Internet.

18. - Método, caracterizado por ser a funcionalização determinada, alternativaou cumulativamente, em função de uso eficiente de facilidades e detecção defalhas no provimento dessas.

19. - Método, caracterizado por ser gestão eficiente aplicável ao consumo defacilidades pré-pagas.

20. - Método, caracterizado por habilitar ou desabilitar progressivamentecargas de menor prioridade de acordo com o crédito de energia do usuário.

21. - Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por ser aprioridade estabelecida pelo usuário.