Anteckningar från en IoT-leverantör. Teknik och ekonomi för LoRaWAN i stadsbelysning

I sista avsnittet...

För ungefär ett år sedan jag jag skrev om att hantera stadsbelysning i en av våra städer. Allt var väldigt enkelt där: enligt ett schema slogs strömmen till lamporna på och av genom SHUNO (externt ljusstyrskåp). Det fanns ett relä i SHUNO, på vars kommando ljuskedjan tändes. Det enda intressanta är kanske att detta gjordes via LoRaWAN.

Som ni minns byggdes vi från början på SI-12-moduler (Fig. 1) från företaget Vega. Redan på pilotstadiet fick vi genast problem.

Figur 1. — Modul SI-12

1. Vi var beroende av LoRaWAN-nätverket. Allvarliga störningar i luften eller en serverkrasch och vi har ett problem med stadsbelysning. Osannolikt, men möjligt.
2. SI-12 har endast en pulsingång. Du kan ansluta en elmätare till den och läsa av strömavläsningar från den. Men under en kort tidsperiod (5-10 minuter) är det omöjligt att spåra det hopp i förbrukning som uppstår efter att ha tänt ljuset. Nedan kommer jag att förklara varför detta är viktigt.
3. Problemet är allvarligare. SI-12-moduler fortsatte att frysa. Ungefär en gång var 20:e operation. Tillsammans med Vega försökte vi eliminera orsaken. Under piloten släpptes två nya modulfirmware och en ny version av servern, där flera allvarliga problem åtgärdades. Till slut slutade modulerna att hänga. Och ändå flyttade vi ifrån dem.

Och nu...

Just nu har vi byggt ett mycket mer avancerat projekt.

Den är baserad på IS-Industry-moduler (Fig. 2). Hårdvaran utvecklades av vår outsourcing, firmware skrevs själva. Detta är en mycket smart modul. Beroende på den fasta programvaran som är laddad på den kan den styra belysning eller förhöra mätenheter med en stor uppsättning parametrar. Till exempel värmemätare eller trefas elmätare.
Några ord om vad som har genomförts.

Figur 2. — IS-Industry-modul

1. Från och med nu har IS-Industry sitt eget minne. Med den lätta firmwaren laddas så kallade strategier på distans i detta minne. I huvudsak är detta ett schema för att slå på och av SHUNO under en viss period. Vi är inte längre beroende av radiokanalen när vi slår på och av den. Inne i modulen finns ett schema enligt vilket det fungerar oavsett vad som helst. Varje exekvering åtföljs nödvändigtvis av ett kommando till servern. Servern måste veta att vårt tillstånd har förändrats.

2. Samma modul kan avfråga elmätaren i SHUNO. Varje timme mottas paket med förbrukning och en hel drös parametrar som mätaren kan producera från den.
Men det är inte meningen. Två minuter efter tillståndsändringen skickas ett extraordinärt kommando med momentana räknaravläsningar. Av dem kan vi bedöma att ljuset faktiskt tänds eller släcks. Eller så gick något fel. Gränssnittet har två indikatorer. Omkopplaren visar det aktuella tillståndet för modulen. Glödlampan är bunden till frånvaro eller närvaro av konsumtion. Om dessa tillstånd motsäger varandra (modulen är avstängd, men förbrukningen pågår och vice versa), så markeras linjen med SHUNO i rött och ett larm skapas (fig. 3). På hösten hjälpte ett sådant system oss att hitta ett fastklämt startrelä. Faktum är att problemet inte är vårt, vår modul fungerade korrekt. Men vi jobbar i kundens intresse. Därför måste de visa honom eventuella olyckor som kan orsaka problem med belysningen.

Figur 3. — Förbrukningen motsäger relätillståndet. Det är därför linjen är rödmarkerad

Grafer är konstruerade baserat på timavläsningar.

Logiken är densamma som förra gången. Vi övervakar att man slår på genom att öka elförbrukningen. Vi spårar medianförbrukningen. Förbrukning under medianen betyder att en del av lamporna har slocknat, ovanför betyder det att el stjäls från stolpen.

3. Standardpaket med information om förbrukning och att modulen är i ordning. De kommer vid olika tidpunkter och skapar ingen folkmassa i luften.

4. Som tidigare kan vi tvinga SHUNO att slå på eller av när som helst. Det är till exempel nödvändigt att en utryckningsmanskap söker efter en utbränd lampa i en kedja.

Sådana förbättringar ökar feltoleransen avsevärt.
Denna förvaltningsmodell är nu kanske den mest populära i Ryssland.

Och även...

Vi gick vidare.

Faktum är att du helt kan gå bort från SHUNO i klassisk mening och styra varje lampa individuellt.

För att göra detta är det nödvändigt att ficklampan stöder dimningsprotokollet (0-10, DALI eller något annat) och har en Nemo-uttag.

Nemo-socket är en vanlig 7-polig kontakt (i fig. 4), som ofta används i gatubelysning. Ström- och gränssnittskontakter matas ut från ficklampan till denna kontakt.

Bild 4. — Nemo-uttag

0-10 är ett välkänt ljusstyrningsprotokoll. Inte längre ung, men väl beprövad. Tack vare kommandon som använder detta protokoll kan vi inte bara sätta på och stänga av lampan, utan också växla den till dimningsläge. Enkelt uttryckt, dämpa lamporna utan att släcka dem helt. Vi kan dämpa den med ett visst procentvärde. 30 eller 70 eller 43.

Det fungerar så här. Vår kontrollmodul är installerad ovanpå Nemo-uttaget. Denna modul stöder 0-10 protokoll. Kommandon kommer via LoRaWAN via en radiokanal (fig. 5).

Figur 5. — Ficklampa med kontrollmodul

Vad kan den här modulen göra?

Han kan tända och släcka lampan, dämpa den till en viss mängd. Och han kan också spåra förbrukningen av lampan. Vid dimning sker en minskning av strömförbrukningen.

Nu spårar vi inte bara ett snöre med lyktor, vi hanterar och spårar VARJE lykta. Och, naturligtvis, för var och en av lamporna kan vi få ett visst fel.

Dessutom kan du avsevärt komplicera logiken i strategier.

T.ex. Vi säger till lampa nr 5 att den ska tändas klockan 18-00, vid 3-00 dämpas med 50 procent till 4-50, sedan tändas igen till hundra procent och släckas klockan 9-20. Allt detta konfigureras enkelt i vårt gränssnitt och formas till en driftsstrategi som är förståelig för lampan. Denna strategi laddas upp till lampan och den fungerar enligt den tills andra kommandon kommer.

Som i fallet med modulen för SHUNO har vi inga problem med förlust av radiokommunikation. Även om något kritiskt händer med den kommer belysningen att fortsätta att fungera. Dessutom är det ingen brådska i luften för tillfället när det är nödvändigt att tända, säg, hundra lampor. Vi kan enkelt gå runt dem en efter en, ta avläsningar och justera strategier. Dessutom konfigureras signaleringspaket med vissa intervall som indikerar att enheten är vid liv och redo att kommunicera.
Oschemalagd åtkomst kommer endast att ske i händelse av en nödsituation. Lyckligtvis har vi i det här fallet lyxen av konstant mat och vi har råd med klass C.

En viktig fråga som jag tar upp igen. Varje gång vi presenterar vårt system frågar de mig – hur är det med fotostafetten? Kan ett fotorelä skruvas dit?

Rent tekniskt är det inga problem. Men alla kunder vi för närvarande kommunicerar med vägrar kategoriskt att ta information från fotosensorer. De ber dig att endast arbeta med ett schema och astronomiska formler. Ändå är stadsbelysning kritisk och viktig.

Och nu det viktigaste. Ekonomi.

Att arbeta med SHUNO via en radiomodul har klara fördelar och relativt låg kostnad. Ökar kontrollen över armaturer och förenklar underhållet. Allt är klart här och de ekonomiska fördelarna är uppenbara.

Men med kontroll av varje lampa blir det svårare och svårare.

Det finns flera liknande avslutade projekt i Ryssland. Deras integratörer rapporterar stolt att de uppnått energibesparingar genom dimning och därmed betalat för projektet.

Vår erfarenhet visar att allt inte är så enkelt.

Nedan ger jag en tabell som beräknar återbetalningen från dimning i rubel per år och i månader per lampa (Fig. 6).

Figur 6. — Beräkning av besparingar från dimning

Den visar hur många timmar om dagen lamporna är på, i genomsnitt per månad. Vi tror att ungefär 30 procent av denna tid lyser lampan med 50 procent effekt och ytterligare 30 procent vid 30 procent effekt. Resten är på full kapacitet. Avrundat till närmaste tiondel.
För enkelhetens skull anser jag att vid 50 procents effektläge förbrukar ljuset hälften av vad det gör vid 100 procent. Detta är också lite felaktigt, eftersom det finns förarens förbrukning, som är konstant. De där. Våra verkliga besparingar blir mindre än i tabellen. Men för att underlätta förståelsen, låt det vara så.

Låt oss ta priset per kilowatt el till 5 rubel, det genomsnittliga priset för juridiska personer.

Totalt, på ett år kan du faktiskt spara från 313 rubel till 1409 rubel på en lampa. Som du kan se, på enheter med låg effekt är fördelen mycket liten; med kraftfulla belysningsapparater är det mer intressant.

Hur är det med kostnaderna?

Ökningen av priset för varje ficklampa, när du lägger till en LoRaWAN-modul till den, är cirka 5500 3000 rubel. Där är själva modulen cirka 1500, plus kostnaden för Nemo-socket på lampan är ytterligare XNUMX rubel, plus installations- och konfigurationsarbete. Jag tar ännu inte hänsyn till att för sådana lampor måste du betala en prenumerationsavgift till ägaren av nätverket.

Det visar sig att återbetalningen av systemet i bästa fall (med den kraftfullaste lampan) är lite mindre än fyra år. Hämnd. Under en lång tid.

Men även i det här fallet kommer allt att negeras av prenumerationsavgiften. Och utan det måste kostnaden fortfarande inkludera underhåll av LoRaWAN-nätverket, vilket inte heller är billigt.

Det finns också små besparingar i räddningspersonalens arbete, som nu planerar sitt arbete mycket mer optimalt. Men hon kommer inte spara.

Det visar sig att allt är förgäves?

Nej. Faktum är att det korrekta svaret här är detta.

Att styra varje gatubelysning är en del av en smart stad. Den delen som egentligen inte sparar pengar, och som du till och med måste betala lite extra för. Men i gengäld får vi en viktig sak. I en sådan arkitektur har vi konstant garanterad effekt på varje stolpe dygnet runt. Inte bara på natten.

Nästan alla leverantörer har stött på problemet. Vi måste installera wi-fi på torget. Eller videoövervakning i parken. Förvaltningen ger klartecken och fördelar stöd. Men problemet är att det finns belysningsstolpar och där finns el bara på natten. Vi måste göra något knepigt, dra ytterligare kraft längs stöden, installera batterier och annat konstigt.

När det gäller styrning av varje lykta kan vi enkelt hänga upp något annat på stolpen med lyktan och göra den "smart".

Och här är återigen en fråga om ekonomi och användbarhet. Någonstans i utkanten av staden räcker SHUNO för ögonen. I centrum är det vettigt att bygga något mer komplext och hanterbart.

Huvudsaken är att dessa beräkningar innehåller reella siffror och inte drömmar om Internet of Things.

PS Under loppet av detta år kunde jag kommunicera med många ingenjörer som är involverade i belysningsbranschen. Och några bevisade för mig att det fortfarande finns en ekonomi i hanteringen av varje lampa. Jag är öppen för diskussion, mina beräkningar är givna. Om du kan bevisa motsatsen kommer jag definitivt att skriva om det.

Källa: will.com