CC BY
5
УДК 681.58
Шурхаленко П.Г. студент магистратуры НИУ «БелГУ» Россия, г. Белгород АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УЛИЧНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ С ПОМОЩЬЮ РАДИОКАНАЛА
Аннотация: В данной статье представлена автоматизированная система управления уличным освещением, управление которой осуществляется при помощи радиоканала. Была разработана система управления уличным освещением, а в частности, блок управления элементом освещения, благодаря которому будет возможно осуществлять контроль за каждой лампой отдельно. Для хранения данных в системе может использоваться практически любая современная промышленная СУБД. Созданная система имеет технические и алгоритмические преимущества перед существующими аналогами.
Ключевые слова: автоматизированная система управления, радиоканал, освещение уличное, базы данных.
Shurkhalenko P. G. graduate student NRU «BelSU»
AUTOMATED MANAGEMENT SYSTEM OF STREET ILLUMINATION BY MEANS OF RADIO CHANNEL
Abstract: This article presents an automated control system for street lighting, which is controlled by a radio channel. A control system was developed for street lighting, and in particular, a control unit for the lighting element, thanks to which it will be possible to monitor each lamp separately. Almost any modern industrial DBMS can be used to store data in the system. The created system has technical and algorithmic advantages over existing analogues.
Keywords: automated control system, radio channel, street lighting, databases.
В настоящее время сети уличного освещения являются существенной частью структуры коммунального хозяйства городов, поселков и крупных предприятий. Современные сети уличного освещения — это энергоемкие объекты, правильное построение которых важна для их эффективной работы, рационального использования и минимизации потерь энергоресурсов. Внедрение новых технологий автоматизации сетей освещения позволяют не только решать эти задачи, но также облегчить их обслуживание и мониторинг.
Сегодня наиболее распространены газоразрядные лампы уличного освещения, заполненные парами ртути или натрия. Однако в последнее время наблюдается тенденция перехода на светодиодные излучатели. В традиционных системах управления газоразрядными лампами важнейшую
роль играют балласты. Балласты ограничивают мощность до номинального уровня и широко используются для реализации простых функций управления. Для автоматизации включения и выключения газоразрядных ламп уличного освещения чаще всего используют датчики уровня освещенности. Алгоритм работы таких систем предельно прост: при снижении уровня яркости ниже заданного порога лампы включаются и исключаются при превышении порога срабатывания.
Недостаток таких систем — трудности калибровки датчиков, чувствительность датчиков к загрязнению, невозможность реализации энергосберегающих алгоритмов работы (например, затемнения или исключения части ламп в позднее ночное время, когда полное освещение не требуется).
Поэтому альтернативным методом автоматического управления в системах уличного освещения является использование графика включений и выключений освещения. При таком подходе контроллер на основании даты, дня недели (будни или выходные) и времени суток включает или выключает освещение. Этот метод является простым, эффективным и имеет много преимуществ:
• в автоматическом режиме строго придерживается расписания, поскольку исключается влияние человеческого фактора;
• нет необходимости выезжать на проверку включения или отключения освещения;
• в случае отключения освещения не происходит потерь электроэнергии, так как диспетчеру оперативно об этом сообщается и принимаются соответствующие меры (ранее о несвоевременном отключение сообщали через несколько часов граждане);
• для осуществления технического учета энергии нет необходимости выезжать и снимать показания со счетчиков визуально;
• более надежная система, построенная из современных компонентов, требует меньше затрат на обслуживание;
• использование, в качестве освещаемого элемента, светодиодов позволяет уменьшить потери потребленной мощности.
В настоящее время контроль за освещением проводится зонально. Целью работы является разработка системы управления уличным освещением, а в частности, блока управления элементом освещения, благодаря которому будет возможно осуществлять контроль за каждой лампой отдельно.
На каждом столбе будет находиться свой блок управления лампой (БУЛ). Блок обработки информации (БОИ), который предназначен для сбора данных с датчиков и управления освещением, функционирует на базе персонального компьютера. Также он считывает показатели датчика света (ДС), который используется для автоматического включения / выключения
ламп, а связь между БУЛ и БОИ осуществляется через интерфейс радиосвязи.
В БУЛ будут находиться датчики температуры, датчик тока и датчик напряжения. Один датчик температуры будет измерять температуру окружающей среды, а другой - температуру на цоколе лампы. Таким образом возможно следить за состоянием ламп и предупреждать выход из строя оборудования на расстоянии, так как при повреждении цоколя, окислении контактов или неправильной установке лампы происходить нагрев. Датчик тока и датчик напряжения будут служить для выявления дефектов электросети, таких как обрывы, короткие замыкания и т.п., также возможно измерение потребляемой мощности.
Для хранения данных в системе может использоваться любая промышленная СУБД из перечисленных: Oracle, MS SQL Server, IBM DB2, SyBase, MySQL, PostgreSQL. Данные от контроллеров сохраняются в отдельных таблицах с простой структурой, позволяющей интегрировать в одной SCADA-системе данные, полученные от разнородных систем первичного сбора информации. Информация от БУЛ на дисплее обновляется системой автоматически, как только будут выполнены настройки приложения. Интерфейс системы реализован в виде мнемосхемы. В левой части окна находится "дерево уличных фонарей", то есть иерархическое меню выбора объектов управления. Иерархию можно задавать произвольно, например, объединяя БУЛ по территориальному или функциональному признаку.
На основе анализа возможных вариантов реализации узлов системы была выбрана элементная база для БУЛ. Для обработки и управления избран микроконтроллер ATMEGA168 компании Atmel со встроенным 10-ти разрядным АЦП последовательного приближения. Измерение температуры выполняется интегральными полупроводниковыми датчиками. Для измерения напряжения и тока использовано резистивный делитель и шунт соответственно. Поскольку существует различие в диапазонах выходного сигнала датчиков и диапазона входного сигнала АЦП, применена схема согласования, построенная на основе дифференциального усилителя LM358. Канал радиосвязи реализован с помощью модуля nRF24L01 фирмы Nordic. Питание БУЛ выполняется с помощью импульсного стабилизатора напряжения МС3363.
Таким образом среди преимуществ разработанной системы по отношению к аналогам можно выделить возможность управления каждой лампой индивидуально. В дальнейшем возможно усовершенствовать разработанную автоматизированную систему для того, чтобы не только управлять освещением, но и осуществлять контроль за энергопотреблением, вести статистику включений/отключений света. Благодаря этому устройство имеет технические и алгоритмические преимущества перед существующими аналогами. В результате разработана система, которая устраняет недостатки существующих систем, реализованная на современной элементной базе,
построенная с использованием современных технологий, и в целом улучшает управление и мониторинг за уличным освещением.
Использованные источники:
1. Энергоэффективное электрическое освещение: учебное пособие/ [Гвоздев С.М., Панфилов Д.И., Т.К. Романова и др.]; под. ред. Л.П. Варфоломеева. — М.: Издательский дом МЭИ, 2013. - 288с.
2. ^нгс Я.А. 1. Автоматизация управления электрическим освещением/ ^нгс Я.А. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - - 112 с.
3. Автоматическое управление светом [электронный ресурс]: режим доступа: http://ribosome.ru/daidzhest/avtomaticheskoe-upravlenie-svetom
