Интеллектуальные счетчики двойного стандарта с предоплатой, поддерживающие STS и DLMS: техническое решение и практика

Двойной стандарт предоплаченные умные счетчики поддержка STS и DLMS обеспечивает беспрепятственное взаимодействие. Изучите техническую архитектуру, характеристики и критерии выбора.

Введение: Почему счетчики двойного стандарта имеют значение в эпоху после подписания соглашения

Формальный соглашение о взаимодействии Ассоциация STS и Ассоциация пользователей DLMS создали новую категорию продуктов в индустрии интеллектуальных измерений: счетчики с предоплатой двойного стандарта. Эти устройства предназначены для работы как по протоколу STS (стандартная спецификация передачи) для предоплаты на основе токенов, так и по набору протоколов DLMS/COSEM для расширенной измерительной связи — и все это в одном физическом устройстве.

Спрос на такую ​​продукцию обусловлен практической реальностью. Коммунальным предприятиям, работающим на рынках, переходящих от устаревших систем предоплаты, использующих только STS, к инфраструктуре с поддержкой AMI, необходимы счетчики, которые могут выполнять обе функции одновременно. Счетчики, поддерживающие только STS, не могут участвовать в системах управления данными на базе DLMS; счетчики, которые поддерживают только DLMS, не могут обрабатывать токены STS для предоплаченного кредита. Счетчики двойного стандарта устраняют этот пробел.

В этой статье рассматривается техническая архитектура, которая делает возможной работу с двойным стандартом, представлены конкретные примеры продуктов и излагаются практические соображения для коммунальных предприятий и разработчиков проектов, оценивающих эти решения.

Техническая архитектура: трехслойный дизайн

Интеллектуальный счетчик с предоплатой двойного стандарта по своей сути представляет собой систему из трех функциональных уровней, которые работают согласованно. Понимание этой архитектуры необходимо для оценки качества продукта и его пригодности для конкретных сред развертывания.

Уровень 1 — Уровень интерфейса связи

Уровень интерфейса связи обеспечивает физическое соединение и соединение на канальном уровне между счетчиком и внешними системами. В счетчиках двойного стандарта этот уровень обычно строится на основе модульной архитектуры с использованием модулей связи с возможностью «горячей» замены.

Обоснование модульности простое: разные среды развертывания требуют разных коммуникационных технологий. Счетчик, установленный в городском многоквартирном доме с существующей инфраструктурой линий электропередачи, может использовать связь ПЛК (носитель линии электропередачи). Счетчику в сельской местности без соседей, подключенных к сети, может потребоваться подключение к GPRS или 4G LTE. Счетчик в умном городе может использовать ячеистую радиочастотную сеть.

Вместо производства отдельных вариантов счетчиков для каждой технологии связи модульный подход позволяет использовать одно и то же оборудование счетчика с различными сменными модулями. Это дает ряд практических преимуществ:

• Гибкость закупок: коммунальные предприятия могут стандартизировать одну модель счетчика и иметь отдельно модули связи, адаптируясь к конкретным требованиям проекта во время развертывания.
• Миграция технологий. По мере развития технологий связи — например, от 2G/GPRS к 4G LTE или от устаревшего ПЛК к более новым стандартам ПЛК — модули можно заменять без замены самого счетчика.
• Упрощение инвентаризации: складирование и логистика оптимизируются, когда один артикул с одним счетчиком может обслуживать несколько сценариев развертывания, а окончательную конфигурацию определяет модуль связи.

Общие варианты модулей включают PLC (различные стандарты, включая узкополосный PLC и PRIME/PLC-G3), RF (радиочастотный диапазон, обычно в диапазонах субГГц для ячеистых сетей), GPRS (сотовая связь 2G, на многих рынках все чаще выводится из употребления) и 4G LTE (сотовая связь текущего поколения).

Уровень 2 — уровень приложения протокола

прикладной уровень протокола именно здесь фундаментально реализуется возможность двойного стандарта. Этот уровень управляет двумя отдельными стеками протоколов, которые работают параллельно на одной аппаратной платформе:

• Стек протоколов STS: реализует стандартную спецификацию передачи для предоплаченных измерений на основе токенов, включая расшифровку и проверку токенов (STS соответствует IEC 62055-21), управление ключами в соответствии с IEC 62055-31 и интерфейсы торговой системы, соответствующие IEC 62055-41. Стек STS отвечает за обработку 20-значных предоплаченных токенов, управление кредитными балансами и управление поведением отключения/повторного подключения счетчика на основе доступного кредита.
• Стек протоколов DLMS/COSEM: реализует спецификацию сообщений на языке устройства и сопутствующую спецификацию для учета энергии для расширенного обмена данными измерений. Этот стек управляет объектной моделью DLMS/COSEM счетчика, включая объекты регистрации активной и реактивной энергии, объекты профиля нагрузки для записи интервальных данных, объекты тарифного расписания для структур тарифов TOU (время использования), а также объекты журнала событий для обнаружения несанкционированного доступа и эксплуатационных событий. Стек DLMS связывается с головными системами через блоки данных протокола приложения DLMS/COSEM (APDU) через уровень интерфейса связи.

coexistence of these two stacks on a single meter requires careful firmware architecture. Both stacks must access shared metering resources—principally the energy measurement core and the relay that controls load connection—without conflict. The firmware typically implements an arbitration layer that ensures, for example, that a zero-credit disconnect triggered by the STS stack and a remote disconnect command issued via DLMS are handled consistently.

Уровень 3 — Измерительное ядро

metering core provides the foundational energy measurement function that serves both protocol layers. This layer includes the voltage and current sensing circuits, analog-to-digital conversion, metrology calculations (active energy, reactive energy, power factor, frequency), and calibration parameters.

metering core operates independently of the protocol layers, generating accurate measurement data that both the STS and DLMS stacks can access. The STS stack uses the energy measurement data to decrement the prepaid credit balance, while the DLMS stack uses it to populate load profiles, event logs, and register objects for remote reading.

Хорошо спроектированный измерительный сердечник в счетчике двойного стандарта обычно соответствует классу точности IEC 62053-21, обеспечивая качество измерений, соответствующее требованиям органов по сертификации STS и DLMS.

Пример продукта: однофазный интеллектуальный счетчик с предоплатой DDS722

DDS722 is a single-phase prepaid smart meter designed to operate in dual-standard environments, supporting both STS token-based prepayment and DLMS/COSEM communication. The following specifications are provided as a technical reference for project evaluation.

Электрические и метрологические характеристики

| Параметр | Спецификация |

|---|---|

| Номинальное напряжение | 220/230/240 В переменного тока |

| Диапазон рабочего напряжения | Расширенный диапазон согласно стандартам IEC |

| Текущий диапазон | Согласно конкретному варианту модели |

| Частота | 50/60 Гц |

| Точность | Класс 1 и Класс 2 (согласно IEC 62053-21) |

availability of both Class 1 and Class 2 variants allows utilities to select the accuracy level appropriate for their application—Class 1 for higher-precision requirements, Class 2 for standard residential applications.

Поддержка протоколов

| Протокол | Стандарт |

|---|---|

| DLMS/COSEM | Через связь с ПЛК (серия IEC 62056) |

| СТС | МЭК 62055-21 (система токенов), МЭК 62055-31 (управление ключами), МЭК 62055-41 (торговая торговля) |

Оба стека протоколов работают одновременно, позволяя счетчику обрабатывать токены STS для пополнения предоплаченных кредитов, одновременно передавая данные о потреблении через DLMS в головную систему.

Общение

Связь осуществляется через подключаемые модули с возможностью горячей замены, поддерживающие следующие технологии:

• PLC (Power Line Carrier)
• РФ (радиочастота)
• GPRS (сотовая связь 2G)
• 4G LTE (сотовая связь 4-го поколения)

Выбор модуля определяется в момент развертывания, что позволяет настроить одно и то же оборудование счетчика для технологии связи, доступной в среде установки.

Режим измерения

DDS722 supports both prepaid and postpaid metering modes, configurable via software or remote command. In prepaid mode, the meter operates according to the STS credit management rules: credit is loaded via token, and the load is disconnected when credit reaches zero. In postpaid mode, the meter records consumption data without enforcing a credit limit, operating as a conventional smart meter for periodic billing.

Структура тарифов

meter supports up to 8 rate plans with time-of-use (TOU) tariff capability. This allows utilities to implement multi-tier pricing structures, seasonal rate adjustments, and peak/off-peak differentiation—features that are managed through the DLMS tariff scheduling objects.

Безопасность и обнаружение несанкционированного доступа

DDS722 implements multiple layers of tamper detection and protective measures:

• Обнаружение обратного тока: контролирует ток в обратном направлении, что может указывать на попытки обхода счетчика.
• Обнаружение магнитного вмешательства: датчики обнаруживают наличие сильных магнитных полей, которые могут повлиять на точность измерения тока.
• Обнаружение открытия крышки: записывает события при открытии крышки счетчика, что позволяет коммунальным предприятиям идентифицировать несанкционированный доступ.
• Обнаружение замены нейтрали на фазу: определяет неправильную конфигурацию проводки, которая может повлиять на точность или безопасность измерений.

Каждое событие несанкционированного доступа записывается в журнал событий счетчика с настраиваемыми ответами, начиная от только регистрации и заканчивая автоматическим отключением нагрузки.

Регистрация событий

meter maintains event logs with capacity for up to 100 records per event type. Event categories include tamper events, power quality events (overvoltage, undervoltage, overcurrent), communication events, and operational events (credit loading, mode changes, relay operations).

Охрана окружающей среды

| Параметр | Рейтинг |

|---|---|

| Защита от проникновения | IP54 |

| Диапазон рабочих температур | от -25°C до 70°C |

| Диапазон температур хранения | Согласно спецификации производителя |

IP54 rating provides protection against dust ingress and water splashes, suitable for both indoor and outdoor installation in residential and light commercial environments. The extended temperature range accommodates deployment in hot climates without derating.

Возможности удаленного управления

• Дистанционное отключение/повторное подключение: Внутренним реле можно управлять удаленно с помощью команд DLMS, что позволяет коммунальным предприятиям отключать услуги в случае неуплаты или повторно подключаться после загрузки кредита без посещения объекта.
• Обновления встроенного ПО OTA: встроенное ПО можно обновлять по беспроводной сети через модуль связи, что позволяет коммунальным предприятиям устанавливать исправления безопасности, обновления функций и улучшения протокола без физического доступа к счетчику.
• Управление нагрузкой: коммунальные предприятия могут реализовывать команды ограничения или сброса нагрузки через DLMS, поддерживая программы управления спросом.

Пример продукта: трехфазный интеллектуальный счетчик с предоплатой DTS722

DTS722 extends the dual-standard architecture to three-phase metering applications. Designed for industrial and commercial installations, the DTS722 is a three-phase four-wire meter that implements the same dual-standard protocol architecture as the DDS722.

Ключевые характеристики DTS722 включают в себя:

• Трехфазная четырехпроводная конфигурация: подходит для коммерческих и промышленных потребителей с трехфазным электропитанием.
• Двойной стандарт operation: STS token-based prepayment alongside DLMS/COSEM communication, using the same parallel protocol stack architecture as the single-phase variant.
• Модули связи с возможностью горячей замены: один и тот же модульный интерфейс связи, поддерживающий ПЛК, RF, GPRS и 4G LTE.
• Расширенные возможности измерения. Трехфазные счетчики обычно предоставляют дополнительные параметры измерения, включая напряжения, токи и мощности каждой фазы, а также общие значения активной и реактивной энергии по трем фазам.
• Обнаружение несанкционированного доступа: Трехфазное специфическое обнаружение несанкционированного доступа, включая обнаружение потери фазы, контроль последовательности фаз и обнаружение дисбаланса, в дополнение к функциям обнаружения несанкционированного доступа, общим для однофазной модели.

DTS722 is suited for deployments where industrial or commercial consumers require prepaid functionality within a three-phase metering context—for example, small factories, commercial complexes, or multi-tenant buildings with three-phase supply in regions where prepaid metering is the norm.

Практическое значение архитектуры двойного стандарта

dual-standard meter architecture has several practical implications for utilities, system integrators, and project specifiers.

Упрощение системной интеграции

Развертывание счетчиков двойного стандарта сокращает количество различных типов устройств, которыми коммунальное предприятие должно управлять в своей инфраструктуре учета. Вместо поддержки отдельных систем для счетчиков предоплаты STS и интеллектуальных счетчиков DLMS коммунальное предприятие может развернуть один тип устройства, который выполняет обе функции. Это упрощает интеграцию головной системы, управление данными и рабочие процессы.

С точки зрения системной интеграции счетчик двойного стандарта представляет собой два логических устройства: счетчик предоплаты STS и интеллектуальный счетчик DLMS. Головная система должна быть способна взаимодействовать с обоими интерфейсами протоколов. Однако затраты на физическое управление (установка, обслуживание и последующая замена одного устройства) существенно сокращаются по сравнению с управлением двумя отдельными группами устройств.

Ориентированность на будущее

Счетчики двойного стандарта обеспечивают такую степень готовности к будущему, с которой не могут сравниться устройства с одним стандартом. По мере того, как коммунальные предприятия проходят этапы развертывания AMI — от базового автоматизированного считывания показаний счетчиков до полной расширенной инфраструктуры измерения с реагированием на спрос и распределенным управлением энергоресурсами — возможности счетчика DLMS обеспечивают готовую платформу для этих расширенных функций.

И наоборот, возможности STS гарантируют, что счетчик сможет продолжать обслуживать клиентов с предоплатой в течение переходного периода, обеспечивая непрерывность сбора доходов даже по мере развития системы управления коммунальным предприятием. Эта двойная возможность означает, что счетчик остается актуальным на протяжении нескольких этапов программы модернизации инфраструктуры коммунального предприятия.

Гибкость мультикоммуникаций

modular communication architecture common to dual-standard meters adds another dimension of flexibility. Utilities are not locked into a specific communication technology at the time of meter purchase. If a utility initially deploys meters with PLC modules and later needs to upgrade to 4G LTE for expanded coverage or higher bandwidth, the communication module can be swapped without replacing the meter.

Это особенно актуально на рынках, где инфраструктура связи быстро развивается, например, в африканских странах, где покрытие мобильной сети расширяется, а сети 2G постепенно заменяются услугами 3G и 4G.

Производственные возможности: производственная инфраструктура SOOCIA

SOOCIA (Zhejiang Songxia Electric Meter Co., Ltd.) производит счетчики двойного стандарта DDS722 и DTS722 на своем производственном предприятии в провинции Чжэцзян, Китай. Производственный процесс включает в себя следующее:

• Размер объекта: Около 40 000 квадратных метров производственных площадей.
• Годовая производственная мощность: около четырех миллионов единиц.
• Опыт реализации проекта: Компания поставляла счетчики для программ закупок Государственной сетевой корпорации Китая, а также международных проектов.
• Экспортные рынки: Продукция поставляется на зарубежные рынки, включая Юго-Восточную Азию, Африку и страны, участвующие в инициативе «Пояс и путь».

SOOCIA является членом Ассоциации STS и Ассоциации пользователей DLMS, а ее счетчики с двумя стандартами сертифицированы по обоим стандартам. Двойное членство и двойная сертификация позволяют продуктам компании использоваться на рынках, где требуется совместимость в средах обоих протоколов.

Несколько других производителей в мировой индустрии измерений придерживаются аналогичных стратегий двойного стандарта. Появление множества поставщиков в этой категории является позитивным событием для рынка, поскольку оно предоставляет коммунальным предприятиям конкурентоспособные варианты и снижает зависимость от какого-либо одного поставщика.

Критерии выбора интеллектуальных счетчиков с предоплатой двойного стандарта

При оценке интеллектуальных счетчиков с предоплатой двойного стандарта для развертывания проекта коммунальные предприятия и проектировщики должны учитывать следующие критерии:

1. Полнота сертификации

Убедитесь, что счетчик имеет действующие действующие сертификаты по обоим стандартам:

• Сертификация STS: выдается ассоциацией STS, подтверждающая соответствие соответствующим частям IEC 62055 (обычно части 21, 31 и 41 для полного предоплаченного решения).
• Сертификация DLMS: выдана Ассоциацией пользователей DLMS и подтверждает соответствие «Синей книге» и соответствующим сопутствующим спецификациям.

Сертификаты следует проверять на актуальность: стандарты периодически обновляются, а счетчики, сертифицированные по более старым версиям стандарта, могут не поддерживать новейшие функции протокола или требования безопасности.

2. Коммуникационная адаптивность

Оцените ассортимент доступных модулей связи и простоту замены модулей. Рассмотрим:

• Какие технологии связи доступны (PLC, RF, GPRS, 4G LTE)?
• Возможна ли замена модуля в полевых условиях или требуется заводское обслуживание?
• Модули от производителя счетчика или от сторонних поставщиков?
• Каков план будущих коммуникационных технологий (NB-IoT, 5G, ПЛК нового поколения)?

3. Соответствие точности

Подтвердите, что класс точности счетчика соответствует требованиям применения:

• Класс 1 обычно указывается для приложений, требующих более высокой точности измерений, или для счетчиков, используемых при выставлении счетов крупным потребителям.
• Класс 2 обычно указывается для стандартных бытовых приборов учета.

Точность должна быть проверена в соответствии со стандартом IEC 62053-21, а сертификаты калибровки должны быть предоставлены по запросу.

4. Возможности удаленного управления

Оцените набор функций удаленного управления, доступных через интерфейс DLMS:

• Можно ли удаленно отключить и снова подключить счетчик?
• Поддерживается ли обновление прошивки OTA и каков механизм обновления?
• Доступны ли функции управления нагрузкой и ограничения нагрузки?
• Какие данные доступны для удаленного чтения (регистры, профили нагрузки, журналы событий)?

5. Функции безопасности

Ознакомьтесь с реализацией безопасности счетчика:

• Безопасность токена STS: соответствие требованиям управления ключами STS и шифрования.
• Безопасность DLMS: поддерживаемые уровни безопасности (низкий, высокий), механизмы аутентификации и шифрование для передачи данных.
• Физическое обнаружение несанкционированного доступа: какие события несанкционированного доступа отслеживаются и какие реакции можно настроить.

6. Соблюдение экологических и нормативных требований

Убедитесь, что счетчик соответствует экологическим и нормативным требованиям места установки:

• Степень защиты соответствует условиям установки (в помещении или на открытом воздухе).
• Диапазон рабочих температур соответствует местному климату.
• Соответствие соответствующим местным или региональным стандартам электробезопасности.

7. Долгосрочная поддержка

Оцените приверженность производителя постоянной поддержке продукта:

• Наличие и частота обновления прошивки.
• Управление жизненным циклом продукта: как долго продукт будет активно производиться и поддерживаться?
• Наличие технической документации, обучения и поддержки приложений.
• Отслеживание развертывания исправлений безопасности.

Вывод: новая категория для конвергентного рынка

Интеллектуальные счетчики с предоплатой двойного стандарта представляют собой новую категорию продуктов, возникшую в результате конвергенции стандартов STS-DLMS. Благодаря реализации протокола предоплаты на основе токенов STS и протокола связи DLMS/COSEM на единой аппаратной платформе эти счетчики предоставляют практическое решение для коммунальных предприятий, осуществляющих переход от фрагментированных стандартов измерения к более совместимой экосистеме.

three-layer technical architecture—communication interface, protocol application, and metering core—provides a framework that balances the need for flexibility (through modular communication and configurable metering modes) with the need for reliability (through proven metrology and robust tamper detection).

Для коммунальных предприятий, системных интеграторов и разработчиков проектов, оценивающих счетчики двойного стандарта, критерии выбора, изложенные в этой статье — полнота сертификации, адаптируемость связи, соответствие точности, удаленное управление, безопасность, экологическая пригодность и долгосрочная поддержка — обеспечивают структурированную основу для оценки продукта.

Поскольку конвергенция STS-DLMS продолжает формировать индустрию интеллектуальных измерений, счетчики двойного стандарта могут стать все более распространенной особенностью развертывания систем измерения на рынках, где оба стандарта имеют значение. Доступность таких продуктов, как DDS722 и DTS722, от таких производителей, как SOOCIA, отражает реакцию отрасли на эту конвергенцию и предоставляет коммунальным предприятиям технические инструменты для создания инфраструктуры измерения, подготовленной к конвергенции стандартов.