WO2020035774A1 - Dispositivo modular concentrador de datos para sistemas de medicion de servicios publicos y proceso para la recolección y gestión de la información - Google Patents

Dispositivo modular concentrador de datos para sistemas de medicion de servicios publicos y proceso para la recolección y gestión de la información Download PDF

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WO2020035774A1
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meter
meters
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Edgar Julian Aguado Giraldo
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Integrated Measurement Systems S.A.S.
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    • Y04S20/30—Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading

Definitions

  • the present invention is located within the field of devices for the measurement of public services and, more specifically, with the management of meters and the interrelation between different types of meters, for all types of public services, such as energy, water and gas.
  • ESP public services company
  • companies that offer solutions for measurement systems include in their offer a data concentrator, whose function is to collect in the field, the information from multiple meters, so that there is only communication between the software in the Service Company Public and the data concentrator, in order to transmit the information of many meters.
  • a data hub communicates directly with 20 meters, it uses a SIM card as a means of communication with the software, which means that 20 SIM cards will no longer be needed, but only one.
  • this document focuses on a system associated with a public service network that includes a plurality of service meters capable of reading product meter information; a plurality of public service network nodes arranged in a public service network and capable of interconnecting with the service meters and receiving the product meter information from the service meters and transferring the information to a specific network address; where at least one of the service nodes, in response to receiving a reading meter request from a meter reading program: initiates a session with at least one service meter, makes a plurality of meter data requests per at least in a service meter, it receives a response to the meter's data requests from the service meter, formats the responses received to the meter's data requests in a meter read request response, and transmits the Meter read request response to a specific network address associated with the received meter read request.
  • NC2016 / 0004508 defines a data collector system for reading energy meters that has a data collection device that comprises a power module connected to a control unit and is in turn It is connected to a peripheral main module and an auxiliary peripheral module, the control unit through UART and input / output pins connected to an RS-485 communication interface module that includes a MUX / DEMUX multiplexing module 8 to 1, where communication between the control unit and communication interface module is established under IEC 62056-21 protocols or a MODBUS RTU, and the transfer of data between the control unit and the HTTP - web interface is established through the ETHERNET protocol or the UMTS interface, through HTTP requests - web interface or through a DLMS / COSEM client.
  • a data collection device that comprises a power module connected to a control unit and is in turn It is connected to a peripheral main module and an auxiliary peripheral module, the control unit through UART and input / output pins connected to an RS-485 communication interface module that includes a MUX / DEMUX multiple
  • a system for the detection of service interruptions of public service networks which includes: a network of public services that includes a route product distribution to supply a product; a plurality of electronic public service devices associated with the public service network to monitor at least a parameter associated with the product distribution route; and an administration processor in communication with the devices and operable to interrogate at least a subset of electronic public service devices in response to an input to evaluate the performance of one of the public services network and the system in response to the information related to at least one parameter, the evaluation includes an analysis based on the standards of one of the parameter and the information related to the parameter; capacity, and frequency hopping broadcast spectrum communication protocol capability.
  • WO 2018015822 related to an electronic system for the remote reading of consumption meters, such as for water or gas supply, wherein the system comprises a photo reader device installed in a meter, a electronic device for use by a user or an operator and suitable for communicating with the photo reader device remotely, and wherein said electronic device communicates with the photo reader via radio in order to request that At least one photo reading of the numerical indicator of the meter and that said reading be sent to the electronic device.
  • an application installed in the electronic device controls the meter identification code, and the reading compares it against a user code, and allows communication between the electronic device and the photo reader device if the meter identification code It corresponds to the user's code.
  • EP 3163311 discloses an apparatus and a method for remotely configuring gate devices in an AMI (Advanced Measurement Infrastructure) network based on gates, where configurable gate devices of remotely provided for Internet Protocol (IP) communications between consumption measurement devices and a central service facility public.
  • IP Internet Protocol
  • the present invention is directed to a device that corresponds to a modular concentrator, which allows connection between public service meters, such as water, energy or gas, and a central management control station for said services, which is located in the Public Utility Company (ESP), as such, where the device is mainly composed of a main processing module and a plurality of expansion modules that are serially connected to the main processing module, where each module expansion corresponds to a communication module with a defined protocol, this in order to obtain a single device that is capable of carrying out communication between different public service meters (independent of its brand and communication protocol) and the central station where the management software is located in the ESP.
  • ESP Public Utility Company
  • the device of the invention has elements that allow the proper operation of the main processing unit or module, including a processor, a series of memories, a battery for autonomy, and communication elements. which allows wireless or wired communication with the central station of the main processing unit or module.
  • the present invention relates to a process for the collection of the measurements of the multiple service meters, which are managed and stored in the concentrating device disclosed here, to be subsequently delivered, in a single format, to the management software and operation located in the ESP.
  • the modular concentrator device can be used to read different communication protocols, so that data from different service meters can be obtained.
  • Figure 1 corresponds to a general block diagram of the modular device of the present invention, which includes, in an exemplary manner, three additional communication modules, with different technologies or protocols.
  • Figure 2 corresponds to a general scheme of a measurement system for an ESP using the modular device (concentrator) of the present invention, showing the different meters with different brands, the concentrator, the management software and the Enterprise Public services.
  • Figure 3 corresponds to a general scheme of an additional alternate mode of a measurement system for an ESP using the modular device (concentrator) of the present invention, where additional elements are included to include the Internet of Things (loT), as well as additional signals for broader monitoring and management of the hub from the server or remote end client.
  • LoT Internet of Things
  • Figure 4 corresponds to a flow chart that explains in detail the steps that must be carried out in order to carry out the process of present invention in the modular concentrator device, defined above in Figure 1.
  • Non-Interoperability in measurement systems refers to the condition of not being able to manage different brands of meters in a single solution through a single management software.
  • ESP Public Services Company
  • Public Services Company refers to a company that provides a plurality of public services to a community, where said company can provide energy, water, gas, or other services. , or any combination thereof.
  • the expression “AMI” or “Advanced Measurement Infrastructure” refers to an international standard system that allows the measurement, collection and analysis of data from a public service, and they are associated and interact with intelligent meters of some public service, such as energy, water or gas.
  • the present invention defines a modular device that corresponds to a data concentrator for public service measurement systems, which has a main section (1) and a series of expansion modules (2) that depend directly on the type of communication that is going to be had with each different brand of public service meter, where the public service to be measured can be energy, water or gas, or a combination of these.
  • the modular device of the present invention is mainly composed of the following components or parts:
  • a processing unit or main module (1) composed of: o A memory (1 1), such as a RAM memory; o An embedded flash memory (12), such as an eMMC memory;
  • An external memory (13), preferably of the microSD type; o A processor (14);
  • a wired communication module (15), preferably of the Ethernet type;
  • An opening sensor (19) of the device which is used for intruder detection or for recording maintenance events of the concentrator device container;
  • Operating indicator elements preferably a series of Light Emitting Diodes (LEDs) which in turn serve as feedback with the user, within which is a status LED, which lights up in different colors ( red, blue and green) depending on how the operation mode is found (fault / fraud, maintenance, normal); some LEDs that show the operation of expansion modules and communication methods;
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • connection port (101) with expansion modules (2) which allows multiple expansion modules (2) to be connected to the main module (1), in order to have different functionalities or types of communication that are not absolutely necessary for the correct operation of the reading process of electrical meters, where said connection port also allows serial or I2C communications with different peripherals, together with the sending of digital signals for programming or configuration of the connected module;
  • a plurality of expansion modules (2) connected to the main module (1) by means of the connection with expansion modules (101), where each of the plurality of expansion modules (2) has display elements status (21), preferably LED, which only allow to show the operating status of the module, and where each expansion module (2) allows communications with public service meters through different protocols, such as GPRS modules, 3G,
  • the device of the present invention corresponds to a completely modular equipment, which has a main module (1) where the most important components are found and that allow the connection to the remote control center, where the databases are kept, where the public services management software is located and where the protocols are embedded of communication of each of the different brands of integrated meters, where to said main module (1) additional or expansion modules (2) are connected, depending on the brand and technology used by each public service meter (such as energy, water or gas), in order to establish a single connection between the different meters and the ESP control center.
  • a main module (1) where the most important components are found and that allow the connection to the remote control center, where the databases are kept, where the public services management software is located and where the protocols are embedded of communication of each of the different brands of integrated meters, where to said main module (1) additional or expansion modules (2) are connected, depending on the brand and technology used by each public service meter (such as energy, water or gas), in order to establish a single connection between the different meters and the ESP control center.
  • FIG. 2 this illustrates the general structure of a public service management and communications system of an ESP, which includes a modular concentrator device, which is shown in the central part of the figure and corresponds to the element that allows to make the union of communications between each of the meters (of different brands and / or of different public service) and the computer system that has the software of management of public services in the ESP (shown on the right side of the figure), where you can clearly see that in this example three different brands of meters (A, B, C) are presented, each with a different communication protocol, where each meter (A, B or C) is connects with the concentrating device of the present invention, and the latter finally connects directly with the computer system that has the public services management software, which corresponds to a vent considerable aja for the ESP, since it must not have inventory for communications of different meters, while not requiring multiple connection devices or multiple management software, as indicated earlier in this document.
  • a modular concentrator device which is shown in the central part of the figure and corresponds to the element that allows to make the union
  • the administration of the modular concentrator device is carried out through a web application that allows the configuration of all the parameters of this.
  • the Web application has different sections, such as administration (roles, policies, users, Country, Department / State, City, Company), configuration (Servers, Substations, Circuits, Transformers, Boxes, Concentrators, Meters, Clients), processes ( Read on demand, Suspension / Reconnection, Current Limit, Maintenance Schedule, Back-up, Data Load, Firmware Update, System Update) and queries (Readings, Event Log, Alarms, Errors, Logbook).
  • administration roles, policies, users, Country, Department / State, City, Company
  • configuration Server, Substations, Circuits, Transformers, Boxes, Concentrators, Meters, Clients
  • processes Read on demand, Suspension / Reconnection, Current Limit, Maintenance Schedule, Back-up, Data Load, Firmware Update, System Update
  • queries Readings, Event Log, Alarms, Errors, Logbook).
  • the benefits are very important, since unlike what is presented at present, that you must have inventory of the different brands of meters, Since one brand is not compatible or not understood with the other (as indicated above), with the modular and interoperable data concentrating device for AMI measurement systems of the present invention, it is not required to have as much inventory of meters each of the brands used, because the concentrator device is able to read any brand that is integrated into your system. Additionally, the response times of the field crews are reduced, since with any meter they have available, they will be able to address a problem that may arise.
  • an additional and very important advantage and benefit is that, as new brands of meters are required, with new functionalities, they can be integrated, even in concentrators already installed, because with a firmware update so remotely, the concentrating devices that are installed in a complete system of control and management of public services can be updated.
  • the device of the present invention can be coupled to a system or an internet network in order to be used in what is called the Internet of Things (loT), and thus be able to associate the concentrating device with other appliances or appliances that can be found inside a location (either home or commercial) and thus have a control or measurement on them, creating a complete monitoring network.
  • the Internet of Things hereinafter the Internet of Things
  • the device of the present invention may also additionally and alternately include an additional signal device, in order to have a wider control and monitoring, where said signals can be selected from the group consisting, without limitation, of temperature, humidity, solar radiation, etc.
  • the present invention also provides a process for managing the data received in the concentrator device from a plurality of service meters (energy, water or gas), independent of its communication protocol and / or its brand, as illustrated in Figure 3, in order to define the functions of the concentrator device, as previously defined, and the fulfillment of the system demands required by the end user, that is, the Public Utility Company, where said Processes are explained in detail below according to what is illustrated in the flowcharts, with emphasis on the most outstanding aspects and with the greatest impact on the multiple reading and interpretation of various meter brands, which is the main objective of the present invention. .
  • the process of the present invention is an infinite cycle continuously in execution granting the availability of the functionalities of the equipment or device 24/7 hours / days, where the implementation and The execution of this process makes the solution provided as an alternative in this document viable.
  • the main process illustrated in Figure 4 begins with the reading of the parameters in a database, where said parameters obey the system configurations and provides the necessary characteristics for the proper execution of the process in the device of the invention granting the possibility of evaluating the availability of the concentrator, establishment of information cleaning times, evaluation and setting of dates, hours properly, as a preset of Reading report times configured prior to the start of the system in the database, among other features, where those features are editable depending on the required needs.
  • the process includes the step of carrying out the comparison of current time with the parameters of the routines evaluating whether the current time is a multiple of the hours in which it has been pre-established to execute the different routines, based on the result obtained the execution or not of the established routines.
  • a cleaning routine whose objective is not to store data without added value in the system, that is, whose use value expired for which given the time determined for this routine to come into operation, a backup is made ( commonly known in the related art as backup) of the information available at the time by sending said information to the server configured in the hub as a master and then deleting the information with time greater than thirty (30) days back from the current date , this is due to the initial settings made to the hub.
  • the cleaning routine is terminated and the main cycle is returned.
  • routines related to the time of report of the hourly information or of report of reading of measurements where said routines have as objective the selection of data not reported to the servers, the selection of the objective servers of said information and subsequent data submission; avoiding the encolamiento of the information and the possible loss of the same, for which functions were developed that allow the concentrator to know to which servers information has been delivered in an appropriate way, in which cases there are difficulties and eventually make the retries of sending to the servers of interest.
  • routines of the process of the present invention contain vitally important considerations that allow multialrity regarding the interpretation of meters of various brands and versions on the market in the previously defined device, where the first case is that of a system status routine, with which the hourly report is evaluated on the meters of interest, and the second case is a reading routine periodically through which the obtaining of the various measures offered by the meter in question is carried out, where these routines are similar in functionality but the final result obtained differs and this is due to the interpretation of the necessary frames for communication with the meter in question, that is, the main key by which multiple readings can be made to different meters, which have little or nothing in common.
  • the two routines defined above fulfill the tasks of listing the available meters making a call to the database where these meters are being evaluated for their availability with a certain periodicity, then a selection of those that have responded adequately , the desired communication medium is selected by setting the pre-established connection parameters when creating each meter in the database and then, in the case of the periodic reading routine, all the required readings of the meter are carried out and organized in packages of information that are sent to the server and interpreted. It is important to clarify that the sending of information (different energies) is done in an encrypted form; in the case of system status, a reading is carried out in order to diagnose the status of the meter and update said status in the database.

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Abstract

La presente invención se relaciona con un dispositivo modular concentrador de datos para sistemas de medición AMI (Infraestructura de Medición Avanzada), el cual es interoperable y tiene la capacidad de tener embebidos los protocolos de comunicación de múltiples marcas de medidores y tiene una estructura totalmente modular, de tal manera que se pueden integrar uno o varios módulos de comunicación, dependiendo del tipo de comunicación de cada uno de los medidores que se vayan a gestionar. Así las cosas, el dispositivo de la invención permite gestionar con un mismo concentrador de datos, diferentes marcas de medidores, ya sean de energía, agua o gas, independiente del protocolo de comunicación que utilicen y del medio de comunicación que posean, lo que le garantiza a cualquier empresa de servicios públicos, que al utilizar dicho dispositivo modular sólo se requerirá un único software de gestión, garantizando de esta forma tener en un solo formato de base de datos, la información de todos los medidores gestionados.

Description

DISPOSITIVO MODULAR CONCENTRADOR DE DATOS PARA SISTEMAS
DE MEDICION DE SERVICIOS PUBLICOS Y PROCESO PARA LA RECOLECCIÓN Y GESTIÓN DE LA INFORMACIÓN
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se ubica dentro del campo de los dispositivos para la medición de servicios públicos y, más específicamente, con la gestión de medidores y la interrelación entre los diferentes tipos de medidores, para todo tipo de servicios públicos, tal como energía, agua y gas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Hasta hace unos pocos años, las viviendas en los barrios, en las unidades residenciales o en las oficinas y almacenes dentro de un edificio o un centro comercial, contaban con su respectivo medidor de energía, el cual era típico y comúnmente conocido, es decir, un medidor mecánico, el cual contaba con un disco giratorio, con un tablero que indicaba con una numeración, la cantidad de energía acumulada que el medidor había registrado.
Posteriormente, los sistemas de medición fueron evolucionando hasta llegar a medidores de energía totalmente electrónicos, para este tipo de usuarios como se definieron anteriormente (residencias, oficinas, etc.). En la actualidad, ya se están implementando medidores con comunicación, es decir, que pueden ser i interrogados vía remota a través de un medio de comunicación, sin necesidad de que un operario de la empresa de servicios públicos requiera desplazarse al sitio para tomar la lectura. Inclusive, el corte y la reconexión del servicio al usuario, se puede realizar desde la empresa de servicios públicos, sin necesidad de ir al predio.
Lo anterior implica que, en la empresa de servicios públicos (en adelante ESP) exista un software de gestión especializado, que es el que permite entablar la comunicación a través de un medio de comunicación, con cada uno de los medidores de energía en los usuarios, en donde el medio de comunicación puede ser alámbrico o inalámbrico, es decir, que puede ser una línea telefónica o para citar el caso más conocido en las comunicaciones inalámbricas, una tarjeta SIM, como la que se encuentra en los teléfonos móviles. Ahora bien, al tener este sistema para las viviendas de un barrio, para las de una unidad residencial, o para los locales de un centro comercial o edificio, se estaría hablando de un sistema que implicaría múltiples líneas telefónicas o múltiples tarjetas SIM, lo que complica la operación y eleva los costos de funcionamiento del sistema.
Por lo anterior, las empresas que ofrecen soluciones para sistemas de medición incluyen en su ofrecimiento un concentrador de datos, cuya función es recolectar en terreno, la información de múltiples medidores, para que se tenga únicamente la comunicación entre el software en la Empresa de Servicios Públicos y el concentrador de datos, con el fin de realizar la transmisión de la información de muchos medidores. Lo anterior significa que si un concentrador de datos se comunica directamente con 20 medidores, utiliza como medio de comunicación con el software en la ESP, una tarjeta SIM, lo que implica que ya no se necesitarán 20 tarjetas SIM, sino sólo una.
Lo anterior corresponde a un beneficio enorme para una ESP, debido a las funcionalidades adicionales que ofrecen los concentradores, como lo es, por ejemplo, el servir de respaldo para el almacenamiento de la información de los medidores con los cuales se comunica.
Así las cosas, en el estado del arte se puede encontrar una pluralidad de divulgaciones relacionadas con este tipo de dispositivos que ayudan a realizar el proceso de medición y/o gestión o control de contadores de servicios públicos, dentro de los que se encuentra el documento CO 09-130995 que enseña un medidor de servicio que puede leerse al enviar una solicitud para leer el medidor desde una aplicación de lectura del medidor, la cual puede localizarse en un servidor de servicio o en un punto de acceso en una red, a un módulo de comunicación asociado con el medidor de servicio, en donde el módulo de comunicación inicia una sesión con el medidor de servicio, realiza solicitudes de datos desde el medidor de servicio asociado, recibe las respuestas a las solicitudes de datos del medidor de servicio, y termina la sesión después de recibir todos los datos solicitados del medidor. Así mismo, este documento se enfoca en un sistema asociado con una red de servicio público que comprende una pluralidad de medidores de servicio capaces de leer información del medidor de productos; una pluralidad de nodos de red de servicio público dispuestos en una red de servicio público y capaces de interconectarse con los medidores de servicio y recibir la información del medidor de producto desde los medidores de servicio y transferir la información a una dirección de red específica; donde por lo menos uno de los nodos de servicio, en respuesta a recibir una solicitud de medidor de lectura de un programa de lectura de medidor: inicia una sesión con al menos un medidor de servicio, realiza una pluralidad de solicitudes de datos de medidor por lo menos en un medidor de servicio, recibe respuesta a las solicitudes de datos del medidor a partir del medidor de servicio, da formato a las respuestas recibidas a las solicitudes de datos del medidor en una respuesta de solicitud de lectura de medidor, y transmite la respuesta de solicitud de lectura de medidor a una dirección de red específica asociada con la solicitud de lectura de medidor recibida.
Otra solicitud de patente Colombiana relacionada es la NC2016/0004508, la cual define un sistema de recolector de datos para lectura de medidores de energía que tiene un dispositivo colector de datos que comprende un módulo de potencia conectado a unidad de control y esta a su vez está conectada a un módulo de principal de periféricos y a un módulo de periféricos auxiliar, la unidad de control a través de UART y pines de entrada/salida conectada a un módulo de interfaz de comunicación RS-485 que incluye un módulo de multiplexación MUX/DEMUX 8 a 1 , donde la comunicación entre la unidad de control y módulo de interfaz de comunicación se establece bajo protocolos IEC 62056-21 o un MODBUS RTU, y la transferencia de datos entre la unidad de control y la HTTP - interfaz web se establece a través de protocolo ETHERNET o la interfaz UMTS, por medio de peticiones HTTP - interfaz web o mediante cliente DLMS/COSEM. De otra parte, se tiene la solicitud de patente de Colombia NC2017/0000390 que divulga un sistema de interfaz y método de interconexión para generar datos compatibles con un sistema externo en una cadena de suministro de recursos de crudo y gas, y en particular con una interfaz y método de interfaz para generar datos seguros y verificables para evitar manipulación, inyección de datos no deseados que resultan de un acceso no autorizado a lo largo de una cadena de suministro, en donde una interfaz genera y transforma datos en una cadena de suministro de crudo y gas para compatibilidad con sistemas externos. Así, los datos recolectados se capturan por un sistema de control industrial sensor o recolector de datos, y se transfieren a una plataforma de hardware intermedia segura para interconectar con un componente de software. Los datos recolectados luego se modifican utilizando un motor de reglas de negocios para crear datos mejorados y eventos creados a partir de los datos mejorados.
Finalmente, con relación al estado del arte nacional en Colombia, se tiene el documento CO 09-078870 que menciona un sistema para la detección de interrupciones de servicio de redes de servicios públicos, el cual comprende: una red de servicios públicos que incluye una vía de distribución de productos para suministrar un producto; una pluralidad de dispositivos electrónicos de servicios públicos asociados con la red de servicios públicos para monitorear por lo menos un parámetro asociado con la vía de distribución de productos; y un procesador de administración en comunicación con los dispositivos y operable para interrogar a por lo menos un subgrupo de dispositivos electrónicos de servicios públicos en respuesta a una entrada para evaluar el rendimiento de uno de la red de servicios públicos y el sistema en respuesta a la información relacionada con por lo menos un parámetro, la evaluación incluye un análisis basado en las normas de uno del parámetro y la información relacionada con el parámetro; capacidad, y capacidad de protocolo de comunicación de espectro de difusión de salto de frecuencia.
Ahora bien, a nivel internacional, se encuentra el documento ES 120351 1 que enseña un sistema que permite llevar a cabo la medición de consumos energéticos de los usuarios de un edificio de forma remota, el cual se desarrolla siguiendo una metodología específica que permite obtener además de la lectura, el consumo real en dinero que ha tenido cada usuario en un periodo predeterminado, bien sea corto, medio o largo, en donde el sistema además permite establecer alertas en función del consumo que permiten determinar si existe una fuga o un fraude en alguna parte de la instalación. Así mismo, se tiene el documento SE 1650963 que se encuentra relacionada con el campo de la lectura de mediciones y divulga un método y una disposición para suministrar mediciones a partir de una solución descentralizada, en donde el sistema divulgado se adapta para tener una redundancia mejorada en una construcción más robusta que suministra funcionalidad adicional y comprende una unidad de detección, una unidad de recolección y una unidad central.
De otra parte, se tiene la publicación internacional WO 2018015822 relacionada con un sistema electrónico para la lectura remota de medidores de consumo, tales como para suministro de agua o gas, en donde el sistema comprende un dispositivo lector de foto instalado en un medidor, un dispositivo electrónico para uso por parte de un usuario o un operador y adecuado para comunicase con el dispositivo lector de foto de forma remota, y en donde dicho dispositivo electrónico se comunica con el lector de foto por medio de radio con el fin de solicitar que se haga al menos una lectura de foto del indicador numérico del medidor y que dicha lectura sea enviada al dispositivo electrónico. Así mismo, una aplicación instalada en el dispositivo electrónico controla el código de identificación del medidor, y la lectura la compara contra un código de usuario, y permite la comunicación entre el dispositivo electrónico y el dispositivo lector de foto si el código de identificación del medidor corresponde con el código del usuario.
Finalmente, en el estado del arte está el documento EP 3163311 que divulga un aparato y un método para configurar de forma remota dispositivos de compuerta en una red AMI (Infraestructura de Medición Avanzada) a base de compuertas, en donde los dispositivos de compuerta configurable de forma remota están provistos para comunicaciones por Protocolo de Internet (IP) entre los dispositivos de medición de consumo y una instalación central de servicio público. Así, las comunicaciones entre el dispositivo de compuerta y la instalación central pueden ser por comunicaciones cableadas o inalámbricas y pueden incluir difusión de información de configuración desde la instalación central a dispositivos de compuerta seleccionados.
De acuerdo con lo anterior, y teniendo en cuenta los dispositivos, equipos o sistemas relacionados con la gestión de la medición de los servicios públicos, existentes en el estado del arte, se presenta un problema relacionado con el hecho que las soluciones de medición que actualmente existen en el mercado no son interoperables en cuanto a gestión de diferentes marcas de medidores, y tampoco tienen la capacidad de gestionar a otros medidores a través de medios de comunicación diferentes a los de su propia marca, lo cual implica que existe un software de gestión, un concentrador y unos medidores por cada marca que se quiera utilizar, lo que a su vez lleva a que si una empresa de servicios públicos quiere tener más de una marca de medidores en sistemas AMI (Infraestructura de Medición Avanzada, por sus siglas en inglés “Advanced Metering Infrastructure”), debe tener igual número de marcas de concentradores y, por lo tanto, igual número de software, lo que dificulta la operación debido a que la información provendrá de muchas fuentes y cada una con su propio formato, adicionalmente, se elevan los costos, pues al no poder los concentradores de una marca, tener la capacidad de leer los medidores de otra marca, se multiplica la cantidad de inventario de diferentes equipos con que se debe contar, para poder mantener un nivel de respuesta adecuado con los clientes ante fallas en los equipos de medición de cualquiera de las marcas. Finalmente, los sistemas de medición inteligentes de energía, son diferentes a los de sistemas de medición inteligentes de agua y a los de gas, es decir que no vienen integrados, lo que representa que la empresa debe tener disponibilidad de más software, más inventario, más fuentes de información, más costos, etc.
De este modo, un experto en la materia puede ver claramente que existe una necesidad por diseñar e implementar un dispositivo, equipo o sistema que permita suministrar un concentrador de datos que a su vez permita realizar la lectura de diferentes protocolos de comunicación, tal como los empleados por las diferentes marcas de medidores, que puedan ser embebidos en el equipo y adicionalmente, que posea múltiples módulos de comunicación, los cuales pretenden brindar diferentes alternativas a las ESP.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La presente invención está dirigida a un dispositivo que corresponde a un concentrador modular, el cual permite hacer la conexión entre medidores de servicios públicos, tales como agua, energía o gas, y una estación central de gestión control de dichos servicios, la cual se ubica en la Empresa de Servicios Públicos (ESP), como tal, en donde el dispositivo está compuesto principalmente de un módulo de procesamiento principal y una pluralidad de módulos de expansión que se conectan de forma serial con el módulo de procesamiento principal, en donde cada módulo de expansión corresponde a un módulo de comunicación con un protocolo definido, esto con el fin de obtener un único dispositivo que sea capaz de llevar a cabo la comunicación entre diferentes medidores de servicios públicos (independiente de su marca y protocolo de comunicación) y la estación central donde se ubica el software de gestión en la ESP.
Así las cosas, el dispositivo de la invención presenta unos elementos que permiten el funcionamiento adecuado de la unidad o módulo de procesamiento principal, dentro de los que se encuentra un procesador, una serie de memorias, una batería para autonomía, y unos elementos de comunicación que permite tener una comunicación inalámbrica o cableada con la estación central de la
ESP.
Adicionalmente, la presente invención se relaciona con un proceso para la recolección de las mediciones de los múltiples medidores de servicios, las cuales son gestionadas y almacenadas en el dispositivo concentrador divulgado acá, para posteriormente ser entregadas, en un único formato, al software de gestión y operación ubicado en la ESP.
Además, el dispositivo concentrador modular puede ser usado para realizar la lectura de diferentes protocolos de comunicación, de manera que se pueden obtener datos de diferentes medidores de servicios.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La presente invención se entiende de forma más clara a partir de las siguientes figuras donde se muestran los componentes asociados al presente dispositivo, así como los elementos novedosos con respecto al estado del arte, en donde, las figuras no pretenden limitar el alcance de la invención, el cual está únicamente dado por las reivindicaciones adjuntas, en donde:
La Figura 1 corresponde a un diagrama general en bloques del dispositivo modular de la presente invención, donde se incluyen, de forma ejemplar, tres módulos adicionales de comunicación, con diferentes tecnologías o protocolos.
La Figura 2 corresponde a un esquema general de un sistema de medición para una ESP usando el dispositivo modular (concentrador) de la presente invención, en donde se muestran los diferentes medidores con distintas marcas, el concentrador, el software de gestión y la Empresa de Servicios Públicos.
La Figura 3 corresponde a un esquema general de una modalidad alterna adicional de un sistema de medición para una ESP usando el dispositivo modular (concentrador) de la presente invención, en donde se incluyen elementos adicionales para incluir el Internet de las Cosas (loT), así como señales adicionales para monitoreo más amplio y la gestión del concentrador desde el servidor o cliente final remoto.
La Figura 4 corresponde a un diagrama de flujo que explica de forma detallada los pasos que se deben llevar a cabo con el fin de realizar el proceso de la presente invención en el dispositivo modular concentrador, definido anteriormente en la Figura 1.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Con el fin de que un experto en la materia entienda de una mejor forma el alcance y el espíritu de la presente invención, a continuación se definirán algunos de los términos utilizados a lo largo del presente documento. Como se usa acá, el término“No Interoperabilidad” en sistemas de medición, se refiere a la condición de no poder gestionar diferentes marcas de medidores en una sola solución a través de un solo software de gestión.
Como se usa acá, la expresión“ESP” o“Empresa de Servicios Públicos” se refiere a una empresa que presta una pluralidad de servicios públicos a una comunidad, donde dicha empresa puede ser prestadora del servicio de energía, agua, gas, u otros, o cualquier combinación de los mismos.
Como se usa acá, la expresión“AMI” o“Infraestructura de Medición Avanzada” se refiere a un sistema estándar internacional que permite realizar la medición, recolección y análisis de los datos de un servicio público, y están asociados e interactúan con medidores inteligentes de algún servicio público, tal como energía, agua o gas. Así, la presente invención define un dispositivo modular que corresponde a un concentrador de datos para sistemas de medición de servicios públicos, el cual cuenta con una sección principal (1 ) y una serie de módulos de expansión (2) que dependen directamente del tipo de comunicación que se va a tener con cada marca diferente de medidor de servicio público, en donde el servicio público a medir puede ser energía, agua o gas, o una combinación de éstos.
En este sentido, el dispositivo modular de la presente invención se compone principalmente de los siguientes componentes o partes:
• Una unidad de procesamiento o módulo principal (1 ) compuesto por: o Una memoria (1 1 ), tal como una memoria RAM; o Una memoria flash embebida (12), tal como una memoria eMMC;
o Una memoria externa (13), preferiblemente de tipo microSD; o Un procesador (14);
o Un módulo de comunicación cableada (15), preferiblemente de tipo Ethernet;
o Un módulo de comunicación inalámbrica (16), preferiblemente de tipo Wi-Fi;
o Una batería (17), preferiblemente de tipo recargable, tal como de litio que puede suministrar un voltaje ente 0 y 5V, preferiblemente 3.7V, con el fin de cumplir con el protocolo de último suspiro, el cual crea el registro de eventos pertinentes y sigue un proceso de apagado seguro para cuidar la memoria del dispositivo y no alterar ni corromper los datos almacenados; Una interfaz de reinicio, tal como un botón de RESET, el cual puede ser activado de forma manual en caso de un mal funcionamiento que no se pueda corregir de forma remota; Un par de puertos de comunicación serial (18), tal como RS- 485, donde en cada uno de dichos puertos de comunicación se pueden conectar hasta 31 medidores de servicio público para su correspondiente lectura;
Un sensor de apertura (19) del dispositivo, el cual es utilizado para la detección de intrusos o para el registro de eventos de mantenimiento del contenedor del dispositivo concentrador; Un puerto de alimentación eléctrica externa (10) al dispositivo para evitar problemas de calentamiento o de generación de ruido electromagnético que pueda crear conflicto en el proceso de comunicación con los medidores, donde dicha alimentación corresponde a una fuente de 12V, 3A;
Unos elementos indicadores de funcionamiento (100), preferiblemente una serie de Diodos Emisores de Luz (LED) que sirven a su vez como retroalimentación con el usuario, dentro de los cuales se encuentra un LED de estado, el cual se enciende de diferentes colores (rojo, azul y verde) dependiendo de cómo se encuentre el modo de operación de este (falla/fraude, mantenimiento, normal); unos LED que muestran el funcionamiento de los módulos de expansión y los métodos de comunicación;
o Un puerto de conexión (101 ) con módulos de expansión (2), el cual permite conectar múltiples módulos de expansión (2) al módulo principal (1 ), con el fin de tener diferentes funcionalidades o tipos de comunicación que no son absolutamente necesarios para el correcto funcionamiento del proceso de lectura de medidores eléctricos, en donde dicho puerto de conexión además permite comunicaciones seriales o I2C con diferentes periféricos, junto con el envío de señales digitales para programación o configuración del módulo conectado;
• Una pluralidad de módulos de expansión (2), conectados al módulo principal (1 ) por medio de la conexión con módulos de expansión (101 ), en donde cada uno de la pluralidad de módulos de expansión (2) cuenta con elementos de visualización de estado (21 ), preferiblemente LED, los cuales únicamente permiten mostrar el estado de funcionamiento del módulo, y en donde cada módulo de expansión (2) permite realizar comunicaciones con medidores de servicios públicos por medio de diferentes protocolos, tales como módulos GPRS, 3G,
ZigBee, XBee, entre otros.
Así las cosas, tal como se ilustra en la Figura 1 , el dispositivo de la presente invención corresponde a un equipo completamente modular, el cual cuenta con un módulo principal (1 ) donde se encuentran los componentes más importantes y que permiten la conexión con el centro de control remoto, donde se llevan las bases de datos, donde se encuentra el software de gestión de servicios públicos y donde se encuentran embebidos los protocolos de comunicación de cada una de las diferentes marcas de medidores integradas, en donde a dicho módulo principal (1 ) se conectan módulos adicionales o de expansión (2), dependiendo de la marca y la tecnología que utiliza cada medidor de servicio público (tal como energía, agua o gas), para así poder establecer una única conexión entre los diferentes medidores y el centro de control de la ESP.
Ahora bien, con relación a la Figura 2, ésta ilustra la estructura general de un sistema de comunicaciones y gestión de servicios públicos de una ESP, el cual incluye un dispositivo modular concentrador, el cual se muestra en la parte central de la figura y corresponde al elemento que permite hacer la unión de comunicaciones entre cada uno de los medidores (de diferentes marcas y/o de diferente servicio público) y el sistema de cómputo que cuenta con el software de gestión de servicios públicos en la ESP (mostrada al lado derecho de la figura), donde se puede ver claramente que en este ejemplo se presentan tres marcas diferentes de medidores (A, B, C), cada una con un protocolo de comunicación diferente, donde cada medidor (de A, B o C) se conecta con el dispositivo concentrador de la presente invención, y este último finalmente se conecta de forma directa con el sistema de cómputo que cuenta con el software de gestión de servicios públicos, lo que corresponde a una ventaja considerable para la ESP, ya que no debe contar con inventario para comunicaciones de diferentes medidores, al tiempo que no requiere de múltiples dispositivos de conexión ni múltiples software de gestión, tal como se indicó anteriormente en el presente documento. De otra parte, la administración del dispositivo modular concentrador junto con sus periféricos y los medidores que tenga asociados, se realiza a través de un aplicativo web que permite la configuración de todos los parámetros de este. La aplicación Web cuenta con diferentes secciones, tal como administración (roles, políticas, usuarios, País, Departamento/Estado, Ciudad, Empresa), configuración (Servidores, Subestaciones, Circuitos, Transformadores, Cajas, Concentradores, Medidores, Clientes), procesos (Lectura por demanda, Suspensión/Reconexión, Límite de Corriente, Programación de Mantenimiento, Back-up, Carga de Datos, Actualización de Firmware, Actualización de Sistema) y consultas (Lecturas, Registro de eventos, Alarmas, Errores, Bitácora).
Con respecto ahora a las ventajas operativas de la presente invención, las mismas se presentan y se basan en que al ser un solo software de gestión, se garantiza que toda la información se encuentre en una misma base de datos sin tener que hacer maniobras de conversión de formato, lo que en el día a día de una empresa de servicios públicos (ESP) agiliza el proceso de gestión de datos y elimina los errores humanos que frecuentemente se presentan cuando se debe manipular información de distintas fuentes. En el aspecto económico, los beneficios son muy importantes, ya que a diferencia de lo que se presenta en la actualidad, que se debe tener inventario de las diferentes marcas de medidores, dado que una marca no es compatible o no se entiende con la otra (tal como se indicó anteriormente), con el dispositivo concentrador de datos modular e interoperable para sistemas de medición AMI de la presente invención, no se requiere tener tanto inventario de medidores de cada una de las marcas utilizadas, pues el dispositivo concentrador está en capacidad de leer cualquier marca que sea integrada a su sistema. Adicionalmente, los tiempos de respuesta de las cuadrillas en terreno se reducen, ya que con cualquier medidor que tengan disponible, podrán atender un inconveniente que se les presente. Finalmente, una ventaja y beneficio adicional y muy importante, es que en la medida que se vayan requiriendo nuevas marcas de medidores, con nuevas funcionalidades, estas se pueden ir integrando, inclusive en los concentradores ya instalados, pues con una actualización de firmware de manera remota, se podrán actualizar los dispositivos concentradores que se encuentran instalados en un sistema completo de control y gestión de servicios públicos.
En una modalidad alterna, el dispositivo de la presente invención puede ser acoplado a un sistema o una red de internet con el fin de ser usado en lo denominado el Internet de las Cosas (loT), y de esta forma poder asociar el dispositivo concentrador con otros electrodomésticos o aparatos que se pueden encontrar al interior de una ubicación (bien sea hogar o comercial) y así, tener un control o medición sobre los mismos, creando una red completa de monitoreo.
Del mismo modo, el dispositivo de la presente invención también puede incluir de forma adicional y alterna, un dispositivo de señales adicionales, con el fin de tener un control y monitoreo más amplio, en donde dichas señales pueden ser seleccionadas del grupo que consiste, sin limitación, de temperatura, humedad, radiación solar, etc. Sumado a lo anterior, la presente invención también suministra un proceso para gestionar los datos recibidos en el dispositivo concentrador a partir de una pluralidad de medidores de servicios (energía, agua o gas), independiente de su protocolo de comunicación y/o su marca, tal como se ilustra en la Figura 3, con el fin de definir las funciones del dispositivo concentrador, como se definió previamente, y el cumplimiento de las demandas del sistema requeridas por el usuario final, es decir, la Empresa de Servicios Públicos, donde dichos procesos son explicados detalladamente a continuación de acuerdo a lo ilustrado en los diagramas de flujo, realizando énfasis en los aspectos más sobresalientes y de mayor impacto en la múltiple lectura e interpretación de diversas marcas de medidores, el cual es el objetivo principal de la presente invención.
Así las cosas, el proceso de la presente invención, como se encuentra definido e ilustrado en la Figura 4, es un ciclo infinito continuamente en ejecución otorgando la disponibilidad de las funcionalidades del equipo o dispositivo 24/7 horas/días, donde la implementación y ejecución de este proceso hace viable la solución que se brinda como alternativa en el presente documento.
De este modo, el proceso principal ilustrado en la Figura 4 inicia con la lectura de los parámetros en una base de datos, donde dichos parámetros obedecen a las configuraciones del sistema y brinda las características necesarias para la adecuada ejecución del proceso en el dispositivo de la invención otorgando la posibilidad de evaluar disponibilidad del concentrador, establecimiento de tiempos de limpieza de información, evaluación y fijado de fechas, horas adecuadamente, como preestablecimiento de tiempos de reporte de lectura configurados con anterioridad al inicio del sistema en la base de datos, entre otras características, donde dichas características son editables dependiendo de las necesidades requeridas. Luego, el proceso comprende el paso de llevar a cabo la comparación de tiempo actual con los parámetros de las rutinas evaluando si la hora actual es múltiplo de las horas en que se ha preestablecido ejecutar las diferentes rutinas, con base en el resultado obtenido se da la ejecución o no de las rutinas establecidas. Además, se cuenta con una rutina de limpieza cuyo objetivo es no almacenar datos sin valor agregado en el sistema, es decir, cuyo valor de uso expiró para lo cual dado el tiempo determinado para que esta rutina entre en funcionamiento, se realiza un respaldo (comúnmente conocido en el arte relacionado como backup) de la información disponible en el momento enviando dicha información al servidor configurado en el concentrador como maestro y realizando seguidamente el borrado de la información con tiempo mayor a treinta (30) días hacia atrás desde la fecha actual, esto obedece a las configuraciones iniciales realizadas al concentrador. Así, al haber terminado estos pasos del proceso o tareas, se da por terminada la rutina de limpieza y se vuelve al ciclo principal. De otra parte, se tiene una rutina de tiempo de itinerancia o Heartbeat que desempeña una tarea sencilla pero trascendental y es la de realizar reporte de funcionamiento desde el concentrador al servidor con el objetivo principal de que el servidor (usuario a quien se presta el servicio), genere una alerta ante el caso de no recepción de un reporte por parte del concentrador que se esperaba en un tiempo configurado. Lo anterior, de forma administrativa, permite observar, evaluar y atender pérdidas de conexión de manera oportuna, generación de alertas ante la necesidad de conexión constante y casos de usuarios tales como el reporte ininterrumpido de lecturas a medidores hacia los proveedores del servicio suministrado (Energía, Gas, Agua).
Del mismo modo, existen rutinas relacionadas al tiempo de reporte de la información horaria o de reporte de lectura de mediciones, donde dichas rutinas tienen como objetivo la selección de datos no reportados a los servidores, la selección de los servidores objetivos de dicha información y subsecuente envió de los datos; evitando el encolamiento de la información y la posible pérdida de los mismos, para lo cual se desarrollaron funciones tales que permiten al concentrador saber a qué servidores se ha entregado información de forma adecuada, en qué casos se presentan dificultades y eventualmente realizar los reintentos de envió a los servidores de interés.
A continuación se explicarán dos rutinas del proceso de la presente invención que contienen consideraciones de vital importancia que permiten la multidisciplinariedad en cuanto a interpretación de medidores de diversas marcas y versiones en el mercado en el dispositivo previamente definido, en donde el primer caso es el de una rutina de estado del sistema, con la cual se evalúa el reporte horario en los medidores de interés, y el segundo caso es una rutina de lectura periódica a través de la cual se realiza la obtención de las diversas medidas que brinda el medidor en cuestión, en donde dichas rutinas son similares en funcionalidad pero el resultado final obtenido difiere y ello se debe a la interpretación de las tramas necesarias para la comunicación con el medidor en cuestión, es decir, la llave principal por la que se pueden realizar múltiples lecturas a diferentes medidores, los cuales tienen poco o nada en común.
En este sentido, las dos rutinas definidas anteriormente cumplen las tareas de enlistar los medidores disponibles realizando un llamado a la base de datos donde a estos medidores se les está evaluando su disponibilidad con cierta periodicidad, luego se realiza una selección de aquellos que han respondido adecuadamente, se selecciona el medio de comunicación deseado fijando los parámetros de conexión preestablecidos al crear cada medidor en la base de datos y seguidamente se realiza, para el caso de la rutina de lectura periódica, todas las lecturas requeridas del medidor y se organizan en paquetes de información que son enviadas al servidor e interpretadas. Es importante aclarar que el envío de información (diferentes energías) se realiza de forma cifrada; en el caso de estado del sistema se realiza una lectura con el objeto de diagnosticar el estado del medidor y actualizar dicho estado en la base de datos.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo modular concentrador de datos para sistemas de medición de servicios, el cual es interoperable, caracterizado porque comprende:
· una unidad de procesamiento o módulo principal (1 ) que controla la operación del dispositivo y se comunica de forma cableada o inalámbrica con el dispositivo remoto de gestión y control de la ESP;
• unos módulos de expansión (2) conectados de forma serial al módulo principal por medio de una conexión con módulos de expansión (101 ), en donde cada módulo de expansión (2) se conecta con un tipo de medidor de servicio dependiendo del protocolo del mismo.
2. El dispositivo modular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque la unidad de procesamiento módulo principal (1 ) está compuesto por:
o una memoria (1 1 );
o una memoria flash embebida (12);
o una memoria externa (13);
o un procesador (14);
o un módulo de comunicación cableada (15);
o un módulo de comunicación inalámbrica (16);
o una batería (17);
o una interfaz de reinicio, tal como un botón de RESET ;
o unos puertos de comunicación serial (18); o un conector para sensor de apertura de caja que contiene medidores(19);
o un puerto de alimentación eléctrica externa al dispositivo (10); y o unos elementos indicadores de funcionamiento (100).
3. El dispositivo modular de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la memoria (1 1 ) es RAM, la memoria flash embebida (12) es de tipo eMMC, y la memoria externa (13) es de tipo microSD.
4. El dispositivo modular de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la comunicación del módulo principal (1 ) es inalámbrica tipo Wi-Fi, o cableada tipo Ethernet.
5. El dispositivo modular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada uno de los módulos de expansión (2) cuenta con elementos de visualización de estado (21 ).
6. El dispositivo modular de acuerdo con la reivindicación 1 o 5, caracterizado porque cada módulo de expansión (2) se puede seleccionar del grupo de módulos de comunicaciones con servidores de protocolos GPRS, 3G, 4G, módulos de comunicación con otros concentradores de protocolos ZigBee, y módulos de comunicación con medidores de protocolos XBee, PLC, LoRa,
6LowPAN.
7. Un proceso para la gestión de los datos enviados por medidores de servicios públicos en un dispositivo concentrador, caracterizado porque comprende los pasos de:
a) leer los parámetros de tiempo de rutinas del dispositivo concentrador en una base de datos;
b) comparar la hora actual del sistema con los tiempos actuales de los parámetros leídos de las rutinas a ejecutar;
c) si se cumple con un tiempo de lectura periódica, enlistar los medidores, seleccionar el tipo de medidor, seleccionar el medio de comunicación, y realizar el proceso de lectura de perfil del medidor;
d) en caso de no cumplir con el tiempo de lectura predefinido, revisar si se cumple el tiempo de estado del sistema;
e) si se cumple con el tiempo de estado del sistema, enlistar los medidores, seleccionar el tipo de medidor, seleccionar el medio de comunicación, y realizar el proceso de lectura del estado del relé del medidor
f) si se cumple con el tiempo de itinerancia, enviar un estado del dispositivo concentrador al servidor;
g) si se cumple con el tiempo de limpieza, realizar un respaldo de los datos en el concentrador, y eliminar los datos antiguos;
h) si se cumple con el tiempo de reporte, seleccionar los datos sin enviar, enlistar los servidores que reciben datos, y enviar los datos a los servidores; i) si se cumple con el tiempo de estado del sistema, enlistar los medidores, seleccionar el tipo de medidor, seleccionar el medio de comunicación, y realizar la lectura horaria del medidor.
8. Uso del dispositivo concentrador modular para realizar la lectura de medidores mediante la utilización e interpretación de protocolos de comunicación.
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