Автоматизированная система управления уличным освещением Новосибирска Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Вычислительные технологии

Том 18, Специальный выпуск, 2013

Автоматизированная система управления уличным освещением Новосибирска

Ю. В. Леонова

Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, Россия

e-mail: juli@ict.nsc.ru

Рассматривается система управления уличным освещением Новосибирска, осуществляющая передачу информации о состоянии оборудования линий городского освещения в виде GPRS-трафика. Система позволяет оптимизировать структуру и режим управления линий освещения Новосибирска, оперативно выявлять и устранять повреждения линий.

Ключевые слова: система управления, уличное освещение, информационная система, сервис-ориентированная архитектура

Введение

В Новосибирске с 2006 г. для управления наружным освещением применяется система Novosvet c использованием GSM-каналов связи, основанная на способе пакетной передачи данных с помощью SMS [1]. В настоящее время ведётся внедрение новой системы регулирования городского освещения, которая предполагает использование телеметрического блока управления и сбора данных (ТБУСД). В новой системе передача информации о состоянии оборудования линий городского освещения осуществляется в виде GPRS-трафика, что значительно повышает надёжность работы системы управления.

1. Управление линиями наружного освещения

Рассмотрим функционирующую линию наружного освещения как объект. Согласно [2], кибернетическая модель включает: управляющую систему, объект управления и каналы связи. Объектом управления являются линии наружного освещения. Управляющей системой служит блок управления, который управляет блоками контроля для соответствующих фаз (A, B, C), а блок контроля по командам блока управления управляет работой двух тиристоров, обеспечивающих замыкание цепи для данной фазы. При большем количестве светильников для их питания применяются трёхфазные сети. Это даёт возможность включать и выключать наружное освещение по частям. В ночное время можно оставлять включённой в виде дежурного освещения одну фазу, т. е. одну треть всего количества светильников, наиболее необходимых для работы, например на перекрёстках дорог, у опасных поворотов и т. п. Таким образом, управление линией освещения осуществляется включением/выключением отходящих линий отдельно каждой из фаз наружного освещения.

Управляющая система совместно с каналами связи образует систему управления. Основным элементом организационно-технических систем управления является лицо, принимающее решение (ЛПР), которое имеет право принимать окончательные решения по выбору одного из нескольких управляющих воздействий. Управляющая система выполняет обнаружение аварийных событий и оповещает эксплуатационный и обслуживающий персонал, который может оказывать управляющие воздействия на объект управления, изменяя режим работы линии освещения.

Объект управления характеризуется такими параметрами, как:

— время;

— показание счётчика учёта электроэнергии;

— ответ от счётчика учёта электроэнергии;

— наличие питания в блоке управления;

— версия программного обеспечения;

— ошибка реального времени;

— режим управления (ручной, автоматический);

— температура обогрева счётчика учёта электроэнергии;

— состояние верхнего и нижнего датчиков доступа к оборудованию;

— состояние линий освещения на каждой фазе:

— для блока тиристоров;

— для блока управления;

— превышение токов 1-го и 2-го уровня;

— для автоматических выключателей наличие напряжения: на входе силового электрощита, на шинах силового электрощита (после автоматических выключателей), на линии (после пускателя);

— положение переключателя (автоматического выключателя) на щите управления включён/выключен;

— напряжение на линии;

— токовая нагрузка.

На основе полученной информации о параметрах линии освещения управляющая система выполняет анализ следующих аварийных событий:

1. Состояние для каждой фазы:

— счётчика (нет ответа от счётчика, неисправен канал счётчика);

— блока управления (нет ответа от блока управления);

— блока тиристоров (тиристорный блок не включился, тиристорный блок пробит или на нем обратное напряжение).

2. Наличие питания на каждой из входящих и исходящих фаз.

3. Наличие связи по GPRS каналу (если необходимо — перезапуск модема) при отсутствии данных от шкафа управления более 3 мин.

4. Состояние автоматических выключателей.

5. Вскрытие шкафа управления: срабатывание датчиков (верхний и нижний) охранной сигнализации.

6. Перегрузки линий наружного освещения (токи и напряжения) для отслеживания несанкционированных подключений — выход измеряемых параметров тока и напряжения в шкафах управления за допустимые пределы для каждой фазы (низкое напряжение, расхождение расчётного и фактического токов, сработала защита по току 1-го или 2-го уровня).

7. Ошибка времени.

При обнаружении аварийных событий происходит оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала. Функционирование линии освещения возможно в трёх режимах:

— все светильники выключены;

— вечернее освещение — все светильники включены;

— ночное освещение — может быть отключена часть светильников.

Управление линиями освещения возможно в двух режимах. В режиме автоматического управления включение и выключение светильников наружного освещения осуществляется по годовому графику с помощью встроенного в блок управления таймера с часами реального времени. График содержит интервалы автоматического включения и выключения линии освещения для каждой фазы и хранится в энергонезависимой памяти блока управления. В режиме ручного управления включение и выключение светильников наружного освещения выполняется по командам с центрального диспетчерского пункта, а также с помощью органов управления — автоматических выключателей на лицевой панели блока управления. При возникновении перегрузок происходит срабатывание автоматических выключателей. Таким образом, непосредственное управление ЛПР линиями освещения посредством включения и выключения соответствующих фаз возможно в ручном режиме. В автоматическом режиме переключение фаз выполняется согласно графику и функции ЛПР состоят в загрузке графиков в память блока управления.

2. Архитектура АСУ С^уЬ^М

АСУ С^уЬ^М — комплексное решение для организации управления уличным освещением в масштабах города. Система осуществляет мониторинг состояния линий наружного освещения, обеспечивает дистанционное централизованное управление и сбор диагностической информации о текущем режиме работы и состоянии оборудования линий. Верхний уровень (рис. 1) — центральный диспетчерский пункт, включающий автоматизированное рабочее место диспетчера с программным обеспечением АСУ С^уЬ^М и оборудование каналов связи диспетчерского пункта с объектами.

Верхний уровень системы осуществляет:

1) отображение оперативного состояния линий наружного освещения города на экране монитора и дистанционное управление их функционированием по команде;

2) отображение текущего состояния объектов управления освещением с индикацией данных (таких, например, как состояние входных и выходных фаз, показания счётчика учёта электроэнергии, текущей потребляемой мощности, расписание включения/выключения освещения на текущие сутки, состояние охранной сигнализации и т. д.);

3) установку индивидуальной конфигурации режимов работы каждого объекта;

4) звуковую и световую сигнализацию в случае возникновения аварийных ситуаций;

5) автоматическую коррекцию параметров оборудования при необходимости (например, значение часов реального времени объектов);

6) ведение архивов с заданной глубиной и представлением информации о контролируемых и измеряемых параметрах в удобной для анализа форме;

7) формирование отчётных документов.

Нижний уровень представлен объектовым оборудованием, устанавливаемым в шкафах управления при опорах уличного освещения. В его состав входят устройство си-

Рис. 1. Уровни функционирования системы

ловой автоматики со счётчиком коммерческого учёта электроэнергии, блок контроля и управления силовой автоматикой, а также канал связи (ОБМ-модем) с диспетчерским пунктом. В состав блока контроля и управления входят электронные энергонезависимые часы реального времени, поэтому они могут работать автономно без организации связи с центральным диспетчерским пунктом.

Оборудование нижнего уровня, работающее в составе системы или автономно, обеспечивает:

— выполнение годового графика пофазного включения/выключения уличного освещения с организацией ночного режима освещения (годовой график с сеткой в 5 дней хранится в памяти каждого блока управления);

— возможность установки режимов включения/выключения уличного освещения (автоматического, ручного — по команде с диспетчерского пульта);

— учёт потреблённой электроэнергии на основе показаний счётчиков;

— функцию охраны оборудования;

— контроль токов по трём фазам на входе и выходе шкафа управления;

— защиту от короткого замыкания с возможностью установки для каждого объекта минимальных токов и напряжений по каждой фазе для срабатывания защиты;

— возможность изменения графиков освещения и параметров ночного режима по команде с диспетчерского пункта или на месте с помощью программатора;

— передачу всей информации о состоянии оборудования на центральный диспетчерский пункт.

Программное обеспечение АСУ CityLight реализовано на основе архитектуры клиент-сервер (рис. 2).

Ядром программного обеспечения являются модули опроса, каждый из которых обслуживает один контролируемый пункт, зарегистрированные в качестве сервисов OC Windows. Сервисы ОС Windows — приложения, автоматически (если настроено) запускаемые системой при запуске Windows и выполняющиеся вне зависимости от статуса пользователя.

Модуль опроса выполняет:

— сбор данных с контролируемого пункта по каналу связи и передачу их клиенту (диспетчерскому пункту);

— прием команд от клиента и передачу их контролируемому пункту для выполнения;

— сохранение полученных данных в базе данных архива.

Программное обеспечение АСУ CityLight позволяет пользователю самостоятельно добавлять в базу данных новые шкафы управления, изменять параметры контроля и т. д.

Модуль опроса — это также ТСР/1Р-сервер, клиентом которого является модуль "Диспетчерский пункт". Автоматизированное рабочее место диспетчера обеспечивает не только получение наглядной картины состояния линий освещения города, но и предоставляет возможность гибкого управления графиком включения/выключения уличных светильников. Диспетчер также может отправить с компьютера необходимую команду

Рис. 2. Архитектура верхнего уровня системы

800 700 600 500 4':";

300

Рис. 3. Распределение аварийных ситуаций за период июнь 2012 — сентябрь 2013 гг.

на нужный шкаф управления, запросить диагностическую информацию о состоянии линий и оборудования, а также данные со счётчиков учёта электроэнергии. Ранее для этого бригады инженеров выезжали на каждый объект для списания данных, что требовало дополнительных материальных и временных затрат. Среди преимуществ системы — определение места обрыва провода с точностью до сегмента линии, снижение затрат на восстановление линий наружного освещения, охрана оборудования, размещённого в шкафу управления и др.

Модуль "Диспетчерский пункт" осуществляет:

— приём информации о контролируемых технологических параметрах контролируемого пункта от модуля опроса;

— графическое представление состояния контролируемого пункта, а также архивной информации в удобной для восприятия форме;

— приём команд диспетчера и передачу их на контролируемый пункт;

— оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях с регистрацией действий персонала.

Сигналы звуковой и световой сигнализации подаются в случае выхода измеряемых параметров тока и напряжения за допустимые пределы в шкафах управления, срабатывания охранной сигнализации, при отказе оборудования в шкафу управления и потере связи с объектами.

Сравнительная характеристика количества аварийных ситуаций за период июнь 2012 — сентябрь 2013 гг. представлена на рис. 3.

Оператор имеет возможность для каждого шкафа управления или группы шкафов устанавливать годовой график включения и выключения уличного освещения с сеткой в 5 дней, время начала/окончания ночного режима (отключение одной-двух фаз) и осуществлять включение/выключение наружного освещения вне запланированного графика.

Заключение

Осуществляя непрерывный мониторинг состояния линий наружного освещения, АСУ CityLight позволяет оптимизировать структуру и режим управления в городской сети освещения, обеспечить оптимальный уровень освещенности улиц, оперативно выявлять и устранять повреждения в сетях. Использование системы с телеметрическим блоком управления и сбора данных в сетях наружного освещения города при обслуживании 25 контролируемых пунктов позволит уменьшить расход электроэнергии на 240 тыс. кВт • час в год, а с применением двухпрограммного режима работы (вечернего и ночного) экономия электроэнергии составит 450 тыс. кВт • час.

Список литературы

[1] УличныЕ фонари переводят на управление через GPRS // Информационный портал "Города Сибири". [http://www.sibcity.ru/?news=24646&line=will&page=2]

[2] Основы кибернетики. Теория кибернетических систем [Текст]: Учеб. пособие для вузов / Под ред. К.А. Пупкова. М.: Высшая школа, 1976.

Поступила в 'редакцию 29 ноября 2013 г.