РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ DEVELOPMENT OF AUTOMATED LIGHTING CONTROL SYSTEM

УДК 004.78:656.13
Н.В. БАКАЕВА, А.С. КАРНОВ, О.В. ОЗАРЕНКО
N.V. BAKAEVA, A.S. KARNOV, O.V. OZARENKO
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ОСВЕЩЕНИЕМ
DEVELOPMENT OF AUTOMATED LIGHTING CONTROL SYSTEM
(ALCS)
В данной статье рассмотрено решение проблемы автоматизации управления освещением с
использованием беспроводной технологии организации сети ZigBee.
Ключевые слова: асуо; управление освещением; автоматизация; zigbee.
This article deals with the problem of automation lighting control using wireless networking technology
ZigBee.
Keywords: alcs; lighting control; automation; zigbee.
Системы освещения улиц и автомагистралей играют важную роль в обеспечении
комфорта и безопасности граждан. Уличное освещение – проблема как для коммунальных
служб, так и для владельцев коммерческой недвижимости. Одним из основных факторов
повышения эффективности использования электрической энергии, затрачиваемой на
уличное освещение, является внедрение систем автоматического управления и
диспетчерского контроля. В настоящее время бесперебойное освещения часто
обеспечивается с помощью экономических рычагов воздействия вместо автоматизации:
организации, ответственные за уличное освещение, платят штрафы за превышение
нормативного количества неисправных ламп на своей территории.
Отсюда актуальной задачей является создание автоматизированных систем
управления, реализующих функцию плавного регулирования уровня освещения в
соответствии с заданными алгоритмами управления и своевременного оповещения о
необходимости ремонта светильника.
Основная задача систем управления освещением состоит в централизованном
включении и выключении светильников.
Традиционные системы управления освещением главным образом построены на
выключателях, позволяющих управлять питанием с целью максимально эффективного
использования естественного освещения. Таким образом, включение и выключение
происходит по графику, составленному на основании природных факторов (времени года и
суток) и необходимости освещения (будни и выходные).
Гибкие автоматизированные системы управления уличным освещением обладают
большими возможностями по сравнению с традиционными.
Они дают возможность более гибко управлять светильниками:
- объединять их в группы с различными параметрами освещения;
- позволяют использовать данные датчиков и сложные алгоритмы для определения
необходимого уровня освещения;
- осуществлять мониторинг за состоянием светильников и быстро реагировать на
вышедшие из строя узлы;
- более эффективно работать на труднодоступных участках дорог или дорогах с
большой протяженностью.
В автоматизированных системах используются методы дистанционного управления и
контроля, построенные на проводных или беспроводных каналах связи.
Все эти факторы позволяют минимизировать количество персонала, необходимого
для достижения максимального эффекта от системы управления.
В общем виде структура системы автоматизированного управления освещением
состоит из:
1. Верхнего уровня, представленного диспетчерским пунктом управления (ДПУ)
системой.
2. Среднего уровня, состоящего из автоматизированных блоков управления
питанием (АБУП), взаимодействующих с диспетчерским пунктом.
3. Нижнего уровня – светильников, непосредственно коммутируемых блоками
управления.
Верхний уровень представляет собой многофункциональное решение для управления
освещением, включающее в себя систему управления базой данных (СУБД), интерфейс для
работы персонала и SCADA-решение (собственной разработки или один из существующих
на рынке продуктов) для мониторинга и анализа данных.
Автоматизированные блоки управления питанием на среднем уровне представляют
собой сложные устройства, включающие в себя различные модули в зависимости от
алгоритмов управления и объема собираемой информации о работе системы. АБУП
включает в себя различные датчики (освещенности, движения, температуры, влажности и
ветра), геолокационные модули (ГЛОНАС, GPS, LBS), счетчики электроэнергии, средства
коммуникации (Ethernet, GPRS/GSM-модем, PLC и др.).
Для управления нижним уровнем (светильниками)
АБУП оснащаются
коммутирующими устройствами – силовыми блоками.
Большое число светильников, управляемых АБУП, создает серьёзную нагрузку на
силовые блоки и требует больших затрат на обеспечение надежности и безопасности
процессов коммутации. Рассматриваемый нами вариант структуры позволяет избежать этой
проблемы.
Для снижения нагрузки на АБУП можно вынести задачу коммутации
непосредственно на каждый светильник, при этом снабдив его устройством для
взаимодействия с АБУП.
Таким образом, светильник будет состоять из электронного блока, соединённого с
АБУП, ЭПРА или драйвера и непосредственного газоразрядных или светодиодных ламп.
Так же блок в светильнике может содержать датчики и предоставлять выше стоящим
уровням более точную информацию при снятии показаний со светильников.
Рисунок 1 - Структура АСУО
Существует много вариантов взаимодействия светильников и АБУП: проводных и
беспроводных. К проводным относятся:
1. Коммуникация по отдельному проводнику (может быть проложен независимо от
проводов питания или в их составе).
2. Коммуникация посредством Powerline-модемов, позволяющих передавать
информацию по существующим сетям питания.
3. Применение беспроводных протоколов передачи информации, например ZigBee.
Первый вариант может быть более простым в интеграции, так как требуется
минимальное взаимодействие с сетями системы освещения, благодаря чему наименее
подвержен помехам в каналах передачи данных, но требует значительных финансовых и
трудовых затрат при внедрении – необходимо заменить или проложить проводники во всей
системе освещения.
Использование PLC (Power line communication) во втором варианте позволяет
избежать замены проводников. Однако надёжность PLC-связи сильно зависит от состояния
сетей питания, помех и удаленности приёмопередатчиков. Таким образом, может
потребоваться внедрение механизмов ретрансляции для поддержания целостности сети.
Использование современного протокола беспроводной передачи данных ZigBee
является самым гибким, простым для интеграции и надежным решением.
Рисунок 2 - Сеть ZigBee
Данный протокол позволяет создавать децентрализованные сети, в которых выход из
строя одного из узлов сети не повлечет за собой проблем с доступностью соседних участков.
В сети устройства соединяются друг с другом и передают данные механизмом ретрансляции.
В случае выхода из строя одного из устройств, подключенные к нему соседи присоединятся
к другим участникам сети в радиусе действия и продолжат коммуникацию. Данный радиопротокол обладает хорошей помехозащищенностью, а дальность связи 100 метров
достаточна для обеспечения связи между светильниками. Недостатками являются высокая
стоимость передатчиков и сравнительно небольшая дальность связи для соединения далеко
удаленных друг от друга участков сети.
Разработка системы ведётся совместно с предприятием ОАО «Протон». ОАО
«Протон» является ведущим производителем оптоэлектронной техники в России.
Предприятие успешно работает на рынке с 1972 года и владеет современными технологиями
по производству оптоэлектронных приборов, осуществляет полный цикл производства от
кристаллов до законченных изделий.
Предприятие специализируется на производстве: ярких светодиодов, модулей и
индикаторов; светодиодных светильников, ламп и подсветок; светодиодных светофоров и
табло; заградительных огней, изделий авто электроники; оптронов и твердотельных реле.
Предприятие сертифицировано по международной системе менеджмента качества
ISO9001:2008 и ГОСТ РВ 15.002-2003, имеет систему технической приемки продукции
Представительством Заказчика Минобороны России.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что разработка системы
автоматизированного управления освещением с использованием беспроводной технологии
ZigBee, функциями управления и мониторинга, является перспективной, а совместная работа
с компанией «Протон» позволит значительно сократить трудовые и финансовые затраты на
выпуск продукта, гарантируя его экономическую эффективность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические рекомендации по определению стоимости эксплуатации объектов
уличного освещения. – М. : Центр муниципальной экономики и права, 2006.
2. Новости электроники : электрон. Журн. 2014. URL: http://www.cpmpel.ru/lib/ne/
(дата обращения: 30.04.2014).
3. Системы управления уличным освещением гибкой структуры [электронный
ресурс] URL: http://dspace.susu.ac.ru/bitstream/handle/0001.74/992/14.pdf?sequence=1
(Дата обращения: 15.04.2014).
Бакаева Наталья Владимировна
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет − УНПК», г. Орел.
Доктор технических наук, доцент, доцент кафедры «Строительство автомобильных дорог»»
тел.: +7 (4862) 73-43-67
E-mail: natbak@mail.ru
Карнов Алексей Сергеевич
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет − УНПК», г. Орел.
Студент 5 курса, специальность 230105 «Программное обеспечение вычислительной техники и
автоматизированных систем»
Тел.: +7 (915) 509-10-19
E-mail: void.alexey@gmail.com
Озаренко Олег Викторович
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет − УНПК», г. Орел.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационные системы»
тел.: +7 (4862) 76-19-10
E-mail: ozarenko@mail.ru