Минулої серії…
Рік тому я про управління міським освітленням в одному із наших міст. Там все було дуже просто: за розкладом включали та вимикали живлення світильників через ШУНО (шафа управління зовнішнім освітленням). У ШУНО стояло реле, за командою якого включався ланцюжок ліхтарів. З цікавого, мабуть, лише те, що робилося через LoRaWAN.
Як ви пам'ятаєте, спочатку ми будувалися на модулях СІ-12 від компанії Вега. Ще на етапі пілота у нас одразу з'явилися проблеми.
Малюнок 1. - Модуль СІ-12
- Ми залежали від мережі LoRaWAN. Серйозна перешкода в ефірі або падіння сервера, і у нас біда з міським освітленням. Малоймовірно, але можливо.
- СІ-12 має лише імпульсний вхід. До нього можна підключити електролічильник та зчитувати з нього поточні показання. Але на короткому проміжку часу (5-10 хвилин) неможливо відстежити стрибок споживання, який відбувається після включення ліхтарів. Нижче поясню, чому це важливо.
- Біда серйозніша. Модулі СІ-12 стабільно зависали. Приблизно один раз на 20 спрацювань. У зв'язку з Вегою ми намагалися усунути причину. За час пілота було випущено дві нові прошивки модуля та нова версія сервера, де зафіксували кілька серйозних проблем. Насамкінець, модулі виснути перестали. І все-таки від них ми відійшли.
І ось тепер…
На даний момент ми побудували куди більш розвинений проект.
Він виходить з модулях IS-Industry (рис. 2). Залізо розроблене нашим аутсорсером, прошивку писали самі. Це дуже розумний модуль. Залежно від прошивки, яка завантажена на нього, він може керувати освітленням або опитувати прилади обліку з великим набором параметрів. Наприклад, теплолічильники чи трифазні лічильники електроенергії.
Декілька слів про те, що реалізовано.
Малюнок 2. - Модуль IS-Industry
1. Відтепер, IS-Industry має власну пам'ять. З прошивкою для світла цієї пам'яті віддалено завантажуються звані стратегії. По суті, це графік включення-вимкнення ШУНО на певний період. Більше ми не залежимо від радіоканалу при включенні-вимкненні. Усередині модуля є розклад яким він відпрацьовує незалежно ні від чого. Кожне відпрацювання обов'язково супроводжується командою сервера. Сервер повинен знати, що в нас змінилося становище.
2. Цей модуль вміє опитувати електролічильник у ШУНО. Щогодини від нього надходять пакети зі споживанням і цілою купою параметрів, які може видавати прилад обліку.
Але сіль не в цьому. Через дві хвилини після зміни стану надсилається позачергова команда з миттєвими показаннями лічильника. За ними ми можемо судити про те, що світло дійсно ввімкнулося або вимкнулося. Або щось пішло не так. Інтерфейс має два індикатори. Перемикач відображає поточний стан модуля. Лампочка пов'язана з відсутністю чи наявність споживання. Якщо ці стани суперечать один одному (модуль вимкнено, але споживання йде і навпаки), то рядок із ШУНО підсвічується червоним і створюється аварія (рис. 3). Восени, така система допомогла нам знайти реле-пускач, що заклинило. По суті, проблема не у нас, наш модуль відпрацював коректно. Але ми працюємо на користь замовника. Тому повинні показувати йому будь-які аварії, через які можуть виникнути проблеми з освітленням.
Малюнок 3. - Споживання суперечить стану реле. Тому рядок підсвічений червоним
За годинниковими показаннями будуються графіки.
Логіка така сама, як і минулого разу. Слідкуємо за фактом включення зростанням споживання електроенергії. Відстежуємо медіану споживання. Споживання нижче за медіану — перегоріла частина ліхтарів, вище — крадуть електроенергію зі стовпа.
3. Штатні пакети з інформацією про споживання та про те, що модуль в порядку. Приходять у різний час і не виробляють товкучку в ефірі.
4. Як і раніше, ми можемо примусово увімкнути або вимкнути ШУНО у будь-який час. Необхідно, припустимо, для пошуку згорілого ліхтаря в ланцюжку аварійною бригадою.
Подібні поліпшення в рази збільшують стійкість до відмов.
Дана модель управління зараз, мабуть, найпопулярніша в Росії.
А ще…
Ми ходили далі.
Справа в тому, що можна взагалі відійти від ШУНО у класичному розумінні та керувати кожним ліхтарем окремо.
Для цього необхідно, щоб ліхтар підтримував протокол димування (0-10, DALI або якийсь інший) і мав роз'єм Nemo-socket.
Nemo-socket – це стандартне 7-пінове роз'єм (на рис 4), яке часто використовують у вуличному освітленні. Зі ліхтаря на цей роз'єм виводиться живлення та інтерфейсні контакти.
Малюнок 4. - Nemo-socket
0-10 - це багатьом відомий протокол керування освітленням. Вже не молодий, але добре себе зарекомендував. Завдяки командам цього протоколу ми можемо не просто включити-вимкнути світильник, але ще й перевести його в режим димування. Простіше кажучи, приглушити світло, не вимикаючи його зовсім. Приглушити можемо певне значення у відсотках. 30 чи 70 чи 43.
Працює так. Зверху в Nemo-Socket встановлюється наш модуль управління. Цей модуль підтримує роботу з протоколом 0-10. Команди приходять через LoRaWAN за радоканалом (рис. 5).
Малюнок 5. - Ліхтар із модулем управління
Що може цей модуль?
Він вміє вмикати та вимикати світильник, димувати його на певну величину. А ще він уміє відстежувати споживання світильника. У разі димування спостерігається падіння споживаного струму.
Тепер ми відстежуємо не просто ланцюжок із ліхтарів, ми керуємо та відстежуємо КОЖНИЙ ліхтар. І, зрозуміло, по кожному ліхтарі можемо отримати певну помилку.
З іншого боку, можна значно ускладнити логіку стратегій.
Наприклад. Ми повідомляємо світильнику №5, що він повинен включатися о 18-00, о 3-00 димуватися на 50 відсотків до 4-50, далі знову включитися на сто відсотків і вимкнутись у 9-20. Все це легко налаштовується у нас в інтерфейсі та формується у зрозумілу для світильника стратегію роботи. Ця стратегія заливається на світильник і він працює по ній до надходження інших команд.
Як і у випадку з модулем для ШУНО, у нас немає проблем із зникненням радіозв'язку. Навіть якщо з нею станеться щось критичне, освітлення продовжить працювати. Крім того, немає товкучки в ефірі у момент, коли треба запалити, скажімо, сто світильників. Ми можемо спокійно обходити їх по черзі, знімаючи свідчення та коригуючи стратегії. Крім того, з певною періодичністю налаштовані сигнальні пакети про те, що пристрій живий і готовий виходити на зв'язок.
Позапланове звернення буде лише у разі аварії. Добре, що в даному випадку ми маємо таку розкіш, як постійне харчування і ми можемо дозволити собі клас С.
Важливе питання, яке я знову порушу. Щоразу, коли ми презентуємо нашу систему, мене запитують — а фотореле? Фотореле можна туди прикрутити?
Чисто технічно проблем немає. Але всі замовники, з якими ми зараз спілкуємося, категорично відмовляються брати інформацію з фотодатчиків. Просять оперувати лише розкладом та астрономічними формулами. Все ж таки міське освітлення — це критично і важливо.
А тепер найголовніше. економіка.
Робота з ШУНО через радіомодуль має явні переваги щодо низьку вартість. Підвищує рівень контролю над світильниками та спрощує обслуговування. Тут усе зрозуміло й економічна вигода очевидна.
А ось із керуванням кожним світильником все складніше.
У Росії є кілька подібних реалізованих проектів. Їхні інтегратори гордо повідомляють, що за рахунок димування вдалося досягти економії електроенергії і в такий спосіб окупити проект.
Наш досвід показує, що не так однозначно.
Нижче я наводжу таблицю з розрахунком окупності від диммирования в рублях на рік і місяцях однією світильник (рис. 6).
Рисунок 6. - Розрахунок економії від димування
У ній наведено, скільки годин на день горить освітлення, усереднено по місяцях. Вважаємо, що приблизно 30 відсотків цього часу світильник світить на 50 відсотків потужності та ще 30 відсотків – на 30 відсотків потужності. Решта на повній потужності. Округлено до десятих.
Для простоти я вважаю, що в режимі 50% потужності світильник споживає половину того, що споживає на 100%. Це теж трохи невірно, тому що є споживання драйвера, яке постійно. Тобто. реальна економія в нас вийде менше, ніж у таблиці. Але для простоти сприйняття нехай буде так.
Ціну за кіловат електроенергії візьмемо в 5 рублів, середня ціна для юросіб.
Разом, протягом року однією світильнику можна заощадити від 313 рублів до 1409 крб. Як бачимо, на пристроях малої потужності вигода дуже крихітна, з потужними освітлювачами цікавіше.
Що із витратами?
Подорожчання кожного ліхтаря, при додаванні до нього модуля LoRaWAN, становить близько 5500 руб. Там сам модуль близько 3000, плюс вартість Nemo-Socket на світильнику ще 1500 руб, плюс роботи з встановлення та налаштування. Це ще не враховую, що за такі світильники треба платити абонплату власнику мережі.
Виходить, що окупність системи становить у кращому випадку (при найпотужнішому світильнику) трохи менше чотирьох років. Окупність. Довго.
Але навіть у цьому випадку все нанівець зведе абонплата. А без неї у вартість ще доведеться закладати підтримку мережі LoRaWAN, що так само недешево.
Є ще невелика економія в роботі аварійних бригад, які тепер планують роботу набагато оптимальнішу. Але вона не врятує.
Виходить, все дарма?
Ні. Насправді, правильна відповідь тут така.
Управління кожним ліхтарем є частиною розумного міста. Та частина, яка безпосередньо не економить, і за яку навіть доводиться трохи доплачувати. Але натомість ми отримуємо важливу річ. У такій архітектурі у нас з'являється постійне гарантоване харчування на кожному стовпі цілодобово. Не лише вночі.
Майже кожен провайдер стикався із проблемою. Потрібно зробити wi-fi на головній площі. Або відеоспостереження у парку. Адміністрація дає добро та виділяє опори. Але біда — опори освітлювальні та електроенергія там є тільки вночі. Доводиться щось мудрувати, тягнути по опорах додаткове харчування, ставить акумулятори та інші дивні речі.
У разі керування кожним ліхтарем ми на стовп із ліхтарем спокійно можемо повісити щось ще й зробити його «розумним».
І ось тут знову питання економіки та застосовності. Десь на задвірках міста Шуно вистачить за очі. У центрі є сенс побудувати щось складніше і кероване.
Головне, щоб у цих розрахунках було вказано реальні цифри, а не мрії про Інтернет Речів.
PS За цей рік мені вдалося поспілкуватись із багатьма інженерами, зайнятими у сфері освітлення. І деякі доводили мені, що економіка в управлінні кожним світильником все ж таки є. Я відкрито до дискусії, мої розрахунки наведені. Якщо зможете довести інше, я обов'язково про це напишу.
Джерело: habr.com