В статье расскажу, как мы упростили управление городским освещением и сделали его более точным в привязке к световому дню. Похвалю нас и поругаю отечественную самобытность. Также поделюсь, почему мы отказались от проводов в пользу радиосети и как в мире появился еще один безработный инженер.
Сначала расскажу, что мы сделали. Потом — как мы это делали и какие преодолевали трудности.
Мы создали умную систему управления городским освещением в областном городе. Она работает через LoRaWAN. На радиомодуль направляются команды на включение и выключение света. Мы использовали устройства класса С, потому что у системы есть постоянное питание.
На всякий случай напомню, что радиомодуль класса С перманентно находится в эфире в ожидании команды сервера.
У нас есть расписание отправки команд и механизм оповещения об ошибках. А еще есть проверка работоспособности самого радиомодуля.
Вот и все. Тут могут возникнуть вопросы: а что такого революционного вы сделали? Городские фонари и без вас работали: вечером загорались, а утром — гасли. В чем ценность проекта?
Встречный вопрос: замечали ли вы, что городское освещение включается не всегда вовремя? На улице может быть достаточно темно, а фонари не горят. Особенно заметно это в переходные периоды, когда световой день активно убывает или прибывает. В Уральском регионе это ощутимо в октябре-ноябре.
Так мы плавно переходим к трудностям и особенностям проекта.
Наш опыт, или как улучшить управление городским освещением
Заказчик — государственная организация.
Система управления освещением работает по принципу цепочки. Это когда есть столбы-фонари с общим питанием. Таких столбов в одной цепи может быть от нескольких штук до нескольких десятков. Это зависит от масштаба участка.
Каждая цепь имеет свой управляющий шкаф, в нем установлен электросчетчик и реле включения — выключения с основным питанием. Фотографию шкафа приложить не могу, потому что заказчик запретил его показывать. Честно, выглядит он так себе.
В дневное время на столбах нет питания. Поэтому установить на каждый фонарь датчик освещенности или персональное реле нельзя.
Итого: у нас устаревшая система включения городского освещения цепочкой, которую нужно улучшить и «осовременить».
Вот очевидные минусы такой системы:
1) Для регулирования времени включения — выключения фонарей используется таймер.
Но устройство не успевает за световым днем. Инженер подводит его вручную. Делает он это не ежедневно, а с заданной периодичностью. Соответственно, всегда есть погрешность.
2) В такой системе нет оповещения о поломках. Что-то пошло не так, а заказчик не получил оперативного сообщения. И это очень критично. Потому что за такие нарушения можно получить весомый штраф и наказание. Все-таки вопрос городского масштаба.
3) Нет автоматической коррекции расхода энергии в привязке к световому дню. Отсюда ситуации, когда на улице уже темно, а фонари не горят.
4) Нет информации об аномальном расходе энергии с указанием участка.
Кто-то подключился к фонарю, ворует энергию, а заказчик этого не видит. К слову, такие прецеденты часто происходят в областных городах с частной застройкой.
С государственным заказчиком разговаривать сложно. Потому что он уже привык к системе, которая вроде бы работает, но хотелось бы лучше. При этом надо сделать так, чтобы этим было легко управлять и с этим справились бы местные умельцы. Не приглашать же каждый раз специалистов из областного центра.
И еще — это должно быть дешево и надолго.
Что мы сделали:
1) Вместо проводов использовали радиосеть. Это позволило нам уложиться в бюджет и сделать систему универсальной.
Управляющий шкаф может находиться в центре промзоны или на въезде в город — тянуть до него провод дорого и сложно, и не всегда возможно. Радиосеть же прекрасно справляется с задачами, работает стабильно и для заказчика она дешевле.
2) Для управления системой мы использовали радиомодули СИ-12 от Веги. У них есть управляющие контакты, на которые мы посадили реле подачи питания.
3) Прикрутили опрос на электросчетчик в ящике. Есть потребление — фонари горят, нет потребления — они выключены.
Опрос дает информацию о правильной отработке реле питания. Если его заклинит, мы это увидим.
4) Рассчитали средний расход — медиану потребления. Для этого у нас были технические параметры и число пользователей.
Так мы смогли получить информацию об аномалиях. Если расход ниже среднего, значит часть фонарей перегорела. Если он выше среднего, значит кто-то подключился к сети и ворует электричество.
5) Сделали интерфейс для управления освещением. Пока он «сырой», мы его тестируем и скорее всего доработаем.
В интерфейсе можно:
1. Добавлять оборудование типа «управляющий шкаф» с конкретным адресом
2. Видеть состояние шкафа (включено — выключено)
3. Назначать для него расписание
4. Привязывать к шкафу электросчетчик
5. Вручную включать — выключать систему освещения.
Это нужно при ремонте. Инженеры работают днем, а фонари по расписанию в это время выключены. Но диспетчер сможет их включить с пульта. Нарушать коммутацию и лезть в шкаф в этом случае не придется.
6. Увидеть логи конкретного шкафа. В них — данные по включению и выключению, типу (по расписанию или вручную), состоянию операций.
Теперь у заказчика нет необходимости отправлять инженера для ручной подводки таймера. Мы улучшили управление системой, сделали ее проще, стабильнее и понятнее. Чем теперь будет заниматься инженер — честно, не знаем. Но надеемся, что ему найдут более серьезные задачи.
На текущий момент система в тесте. Поэтому буду признателен за дельные советы и вопросы.
Мы будем продолжать работу над проектом. Есть мысли поставить в шкафы полноценные контроллеры. Расписание будет залито им в память, поэтому управлять освещением они смогут без радиосвязи.
Также мы настроим плавное включение фонарей. Это когда с наступлением сумерек городское освещение работает процентов на 30. Чем темнее становится на улице, тем ярче горят фонари.
Для этого уже есть готовые системы. Они основаны на протоколах управления освещением DALI или 0-10. В них можно каждому фонарю присвоить адрес и управлять им отдельно. Но инфраструктура многих российских городов к этому не готова. Модернизировать систему уличного освещения — дорого, и никто не торопится это делать.
Мы разрабатываем собственную систему, которая будет работать аналогичным образом. Об этом — в следующих статьях.
Архив предыдущих статей:
#1. Введение > #2. Покрытие > #3. Зоопарк приборов учета > #4. Проприетарность > #5. Активация и безопасность в LoraWAN > #6. LoRaWAN и RS-485> #7. Девайсы и перекупы> #8. Немного про частоты > #9. Кейс: делаем сеть LoRa для ТРК в Челябинске> #10. Как за один день создать сеть LoRa в городе без сети?
Комментарии (51)
Mike_soft
25.12.2018 12:06«областной город» — это какой-то из городов области, но не областной центр?
Interfer Автор
25.12.2018 12:37Да)
Mike_soft
25.12.2018 12:45Я еще бывшему мэру-губеру® предлагал подобное для парка Гагарина в Челябинске. Вроде интерес был, но последовали те самые события… Сейчас они опять обмолвились про то же самое, но «к саммиту». подумайте, как дополнить вашу систему видеонаблюдением — и, наверное, можно предлагать.
Interfer Автор
25.12.2018 16:45Видеонаблюдение у нас есть) Одни улицы-онлайн чего стоят)
Mike_soft
26.12.2018 07:21Про улицы- онлайн я знаю. Вы слышали про предложение Дубровского (в духе возрождения ГТО и всего такого) осветить и оборудовать видеонаблюдением лыжню и тропу пенсионеров в Гагарина, аналогично на Захаренко и т.п.? Я об этом, а не об улицах…
jackkum
25.12.2018 12:37Мы делали такой проект в Иркутске для маленькой рекламной компании. GSM модем ставился на рекламную конструкцию, при подключении к серверу он скачивал расписание и работал по этому расписанию. Также можно было управлять этим руками.
Модем был нашего производства на базе Quectel M10 и ATmega168, в -40 прекрасно работали, но мы на всякий случай покрыли плату цапон лаком. ))Interfer Автор
25.12.2018 12:38Логичное решение. Но нам все же интереснее работать через свою сеть и не привлекать оператора СС.
SyskovM
25.12.2018 12:38А почему вручную надо таймер задавать, почему нельзя в привязаться к закатам и рассветам (ведь это расписание общедоступно и оно достаточно точно), сделать поправку для каждого участка? В таком случае вообще ручной работы не потребуется, все будет автоматом и в нужное время включаться / выключаться.
Interfer Автор
25.12.2018 12:39Не совсем понял вопрос. Это про первую схему, когда инженер приезжал и руками таймер переводил?
У нас сейчас все так и происходит. Есть утвержденное расписание от администрации, которое привязано к закатам и рассветам с запасом.SyskovM
25.12.2018 13:07речь именно о расписании, привязанном к рассветам и закатам, только об этом ни слова в статье нет :)
Javian
27.12.2018 08:33можно просто сделать астрономический таймер «Arduino Astronomical Clock for Automatic Light Control » и всё. Наподобие mysku.ru/blog/aliexpress/42668.html
Если добавить время из GPS, то никогда не надо будет корректировать часы.
Nikopol_86
25.12.2018 14:18А у меня еще вопрос так сказать созрел. Вы говорите, что не осветить какой либо участок это очень плохо, а как Ваша система себя поведет, если радиосвязь упадет. Ну к примеру выйдет из строя приемопередатчик на одном из шкафов коммутации или вообще базовая станция сломается? И в целом об организации радио покрытия ни слова, возможно там есть какое либо резервирование каналов?
Mike_soft
25.12.2018 14:29у них включение-выключение по расписанию. По радиоканалу лишь коррекция расписания, и мониторинг.
Nikopol_86
25.12.2018 15:30Ну, опять же из текста статьи, в качестве управляющих устройств у них:
2) Для управления системой мы использовали радиомодули СИ-12 от Веги. У них есть управляющие контакты, на которые мы посадили реле подачи питания.
Так вот бегло почитав на него инструкцию, я ничего подобного в функционале не нашел, это банальный датчик, т.е. нет у него такой логики. А управление выходами осуществляется по запросу, там даже протокол описан. Поправьте, если я что то упустил.Mike_soft
25.12.2018 15:34пардон, это я облажался.
прочел «В интерфейсе можно:
3. Назначать для него расписание»
как-то вроде «корректировать расписание на устройстве».
В общем, выдал желаемое за действительное… Извиняюсь.
Interfer Автор
25.12.2018 16:09Там стоят две БС, одна резервирует другую. В случае поломки одной, не будет большой беды.
Про организацию радиопокрытия на LoRa почитайте мои предыдущие статьи, я уж решил не повторяться)
Что же касается поломки радиомодуля. Да, такое возможно. У нас стоит оповещалка. Каждый час РМ шлет нам пакет, что он жив. Если РМ перестанет нам отвечать, то мы быстро об этом узнаем. Но как-то его зарезервировать… нет, этого нет. Но точно так же может сломаться любой узел шкафа.
Makc_K
25.12.2018 16:33Из моего опыта работы с гос. организациями «умные» системы внедряются если:
1) у них заводится адекватный человек с некоторой властью и настоящим желанием что-то сделать хорошо (редкость, правда?) после чего проводится экономическое обоснование и если этот анализ показал, что стоимость внедрения системы учитывая стоимость оборудования, работ по пуско-наладке и сопровождению действительно отобьётся при её эксплуатации;
2) «Сверху» спускается распоряжение ВНЕДРИТЬ, причём зачастую с прямым указанием что именно и на какую сумму;
3) Поставщик системы умеет «договариваться» с местными, которые могут принимать такие решения.
Интересно, какой вариант сработал в этом случае?Interfer Автор
25.12.2018 16:44Понимание, что их система устарела напрочь. Я не буду раскрывать всей подноготной, но речи о каком-то административном ресурсе нет. Просто к нам обратились как к известной IT-компании со своей болью и попросили что-то сделать, предоставив пилотную площадку. Наши интересы тут совпали. Может был какой административный пинок где-то в кулуарах, но мы о нем не знаем.
Makc_K
25.12.2018 16:36Кстати, упоминаемый интерфейс — это WEB?
Interfer Автор
25.12.2018 16:42Да. По сути ссылка в Инете с личным кабинетом пользователя.
Makc_K
25.12.2018 16:55Как организована защита передаваемых данных между БС и сервером, между пользователем и сервером? Особенно команд управления.
Interfer Автор
26.12.2018 21:20Порадовать вас нечем. Используется стандартная защита протокола LoRaWAN, подробно описанная в одной из предыдущих статей. И как только кто-то взломает ее не в теории, а на практике, я начну беспокоиться)
Makc_K
27.12.2018 07:52+1Это от контроллера до сервера? А защита соединения пользователь-сервер? Что мешает мамкиному кулхацкеру подключиться к вебу и поотключать все фонари на районе?
JohnMark
25.12.2018 16:40Интересная работа.
А «плавное включение фонарей» каким образом будет реализовано?
Управлением яркостью свечения ламп или включением отдельных фонарных столбов?
примерная схема управления фонарными столбами0%: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
10%: 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
20%: 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
…
80%: 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1
100%: 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
где 0 — выключенный столб, 1 — включённыйInterfer Автор
25.12.2018 16:41Пока есть цель управлять каждым фонарем отдельно. Тему регулировки яркости поковыряем, но тут у меня больше скепсиса, нежели оптимизма. Думаю, что для регулировки яркости придется менять. Но попробовать стоит)
Mike_soft
26.12.2018 07:31а в новый год и государственные праздники включать эту систему в режиме бегущих огней.
alexhott
26.12.2018 15:05+1На мой взгляд тут важнее не время включения, а комплекс возможностей.
Имея хоть какой канал связи получаем доступ к измерениям расхода, состоянию шкафа, можно еще температуру собирать и т.д.
Многие такие цепочки фонарей кстати не имеют даже прибора учета и их потребление рассчитывается по некому согласованному графику. а по факту может быть иным.
И если таких фонарей много, то разница между тем сколько энергосбыт посчитает по графику и сколько они потребили на самом деле будет отражена в тарифе для 1 ценовой категории и в объеме потерь.
То есть если потребят больше по факту — все скинутся на освещение дважды — в налогах и в тарифах.
Поэтому важность внедрения подобных технологий гораздо шире чем подсветить когда темно.
sguslya
26.12.2018 17:12Если у меня есть молоток, то я везде буду искать гвозди.
Так и в истории с уличным освещением… Казалось бы в разы проще сделать две вещи, первое фотодатчик который смотри вниз и анализирует освещенность участка, на основании данных с фотодатчиков будем коректировать расписание, ну и второе залить расписание восходов и закатов в «фонарь». Бинго. Не благодарите.
Но нет, у нас же есть молоток, и мы найдем наши гвозди! ;)
И внимание раз в год можно тюнить прошивку (пусть даже и по радио), ну мало ли…
И вопрос, тут LORA зачем? На фонаре много энергии, туда можно что угодно запихнуть ведь, но тут мы снова возвращаемся к молоткам, но то такое…Interfer Автор
26.12.2018 21:18А почему бы и нет?)
У нас есть весьма помехозащищенный канал связи с подтверждением доставки пакетов. У нас есть задача включать и выключать что-то и контролировать процесс. Чем плоха Лора?
Астрономическое реле? Отлично! А если заклинит? А если свет не включится, то что делать? Как об этом узнать?
Ответ очевиден — астрономическое реле с обратной связью. Т.е. именно то, что сейчас разрабатывается под проект.
Обратная связь через что? Через СС? Можно. Но чем хуже своя радиосеть?
Прошивку поменять раз в год? Так-то шкаф требует обслуживания по умолчанию, хоть раз в год в него должны заглядывать. Так чего бы не выдать инженеру задание заодно и прошивку обновить?)
sguslya
26.12.2018 17:21Допустим в городе 100 000 фонарей, как их всех включать по LORA?
Interfer Автор
26.12.2018 21:13Вообще, зависит от площади города. Я пока не готов дать оценку средней концентрации фонарей на квадратный километр. В любом случае, техническое решение пляшется от технического задания, а не от абстрактных предположений)
makon
26.12.2018 21:06Есть такая вещь как астрономический таймер. Да, там нет централизованного управления и мониторинга. Но очень печально что ответственные лица не знали (не знали ли?) о существовании такой штуки.
Interfer Автор
26.12.2018 21:07Есть такая штука. Нет обратной связи у штуки. Одна из целей — именно контроль включения, то бишь обратная связь. Таймер и заклинить может.
makon
26.12.2018 22:06Я к тому что еще ранее должны были задуматься о глупости решения с побегушками инженера и решить вот таким элегантным способом. Цена-то тому реле…
А вообще я очень пристально наблюдаю за LoraWAN и NB-IoT. Ваше решение конечно лучше астротаймеров, не без оговорок конечно.
Caracat
26.12.2018 21:07В дневное время на столбах нет питания. Поэтому установить на каждый фонарь датчик освещенности или персональное реле нельзя.
А может такой вариант: оставить питание постоянным, а на каждом фонаре управление обеспечить посредством PowerLine-адаптеров?Interfer Автор
26.12.2018 21:26Рассматриваем разные варианты. LoRa показалась интересным решением, т.к. может работать с базовой станцией в километре от себя.
С помощью PowerLine можно управлять цепочкой столбов, но откуда будут поступать главные команды? Когда шкаф висит на одном из столбов и все это дело далеко от коммуникаций, скажем, на въезде в город?
Nikopol_86
Интересная статья, но мне не ясно, как Вы собираетесь сделать управление яркостью для натриевых или ртутных ламп, которые в большинстве случаев устанавливаются на столбах? К тому же для них предусмотрены отдельные устройства запуска установленные прямо в фонарь. Считаю, что без внесения изменений в конструкцию фонарей управлять яркостью не выйдет, а это уже совсем другие объемы финансовых затрат.
И еще вопрос, а почему не сделать один центральный контроллер с датчиком освещенности и уже по нему отдавать команду на включение фонарей по сети. В таком случае Вы вообще отказываетесь от режима по графику, который все равно кто то должен задать, хоть и централизованно. Хотя тут тоже есть вопрос, что делать в пасмурный день, но считаю, что тут тоже можно что то придумать. Или второй вариант, можно сделать сигнал с фотодатчика в виде корректирующего, т.е. если рассвело раньше чем закончилось время, то выключаем и обратное тоже справедливо.
Interfer Автор
Вот про фотодатчик у всех сразу первый вопрос)
Отвечаю. Городское освещение — это критично. Это та область, где экономить нужно очень аккуратно.
У нас есть утвержденный график включения и выключения фонарей. Он привязан к рассветам и закатам с небольшим запасом. У большинства потенциальных заказчиков логика такая, что лучше переплатить за свет, чем в нужное время где-то что-то не включится.
Согласитесь, фотодатчик может ошибиться. Блик какой на него попадет или луч фонаря.
Тут скорее уместен вопрос про использование фотодатчика при диммировании. В таком случае применение уместно.
Что же касается изменения конструкции. Да, я понимаю, что ряд фонарей мы не переделаем в принципе. Однако, есть мысли, что можно сделать с отдельными ситуациями. Мы еще в начале пути, я буду вам рассказывать, о наших тестах, успехах и неудачах.
DGN
Фотодатчик правильно установленный не может ошибаться. Нет проблемы поставить и три фотодатчика. Вопрос в том, а нужно ли? Днем освещение не поможет совсем, часто ли грозовые тучи на рассвете или в сумерках?
Подводить реле времени инженером? Ну круто, что сказать. Табличку рассветов-закатов зашить один раз в микроконтроллер что вам не позволяет?
Делали ли вообще технико-экономическое обоснование проекта, и можно ли из него привести выдержки?
Interfer Автор
Еще раз) У нас есть график включения и выключения, которого мы придерживаемся. Он плавающий и уже залит на продолжительное время вперед. К сожалению — пока только у нас на сервере и связь идет через радиоканал. В разработке как раз находится устройство, в которое возможно залить расписание.
Технико-экономического обоснования не делали. Есть ТЗ. Выдержки из него показывать не могу, т.к. это внутренний документ. Что именно вы хотите увидеть, может я смогу ответить?)
Mike_soft
Экономические результаты для налогоплательщиков хочется увидеть :-)
а то с нашим ЖКХ получается интересная вещь. «тарифы высокие потому, что воруют, и нужно поставить счетчики, чтоб не воровали, и платили только за потребленное.» Народ ставит счетчики, получает еще и экономию (т.е. раньше расходовали так же, просто водоканал необоснованно брал деньги), и получают «дополнительное распределение общедомовых расходов».
вот и хочется узнать — есть ли экономический или иной эффект (кроме оплаты ваших работ и услуг)
Interfer Автор
Прямо сейчас выгоды для налогоплательщиков нет. Но!
1) Если система себя хорошо зарекомендует, то расписание будет составляться с большей адаптивностью к световому дню. Пока ездил инженер, часы переводили раз в месяц. Сейчас перешли на две недели. Такая адаптивность приведет к более рациональному использованию ээ.
2) Мониторинг потребления. В центре города это не так актуально, а вот по окраинам и в частном секторе обожают тырить ээ со столбов)
leon_ti
Если честно, меня как налогоплательщика (и жителя северной страны) гораздо больше волнует мониторинг и оперативный ремонт «сломавшейся» ветки фонарей, чем экономия скольких-то киловатт-часов на освещение.
Я имел радость в режиме «было-стало» убедиться, насколько классное дело — когда улицы хорошо освещены. Это вопрос безопасности и комфорта.
Так что такие вещи надо ставить хотя бы за мониторинг. Это само по себе круто.
Makc_K
В наших краях есть интересный жилой район, где несколько застройщиков, как лоскутное одеяло застраивали участки. Собственно они-же организовывали инфраструктуру, включая освещение.
Один застройщик ради экономии поставил на фонарях датчики движения, видимо идея была включать освещение, если кто-то идёт. Опустим за скобки идиотизм этого подхода. Более впечатляющий факт в том, что монтажники что-то напутали и инвертировали управление. Фонари в нормальном состоянии светят, а когда кто-то проходит мимо — выключаются. Ещё странность в том, что это срабатывает не всегда, но часто.
Mike_soft
гораздо более впечатляющий факт, что это у них приняли…
«включать освещение, если кто-то идет» — может, и не совсем идиотизм. а вот разнородная организация инфраструктуры (которая после застройки перезается на баланс муниципалитету) — это плохо.
Makc_K
Вы представить не можете какой треш принимается. Если крепкие нервы погуглите Краснодар музыкальный микрорайон
Mike_soft
улицы должны быть освежены достаточно. достаточность — разная в разное время и даже в разные дни. не вижу ничего плохого в разумной экономии. ну и корме экономии — я специально упомянул «иной эффект» — это как раз такие неформальные вещи как радость жителей, реакция на проблемы (аварии, воровство), и т. д.
morphal
С фотодатчиком есть еще одна засада — он загрязняется. Как бы его вычурно не устанавливать — на нем будет осаждаться пыль, грязь и прочие паршивости, которые со временем будут искажать реальные показания освещенности.
Плюс мы же помним, что «инженер больше не нужен», поэтому и протирать датчик на периодической основе некому.
Mike_soft
лампы тоже перегорают. падающие деревья рвут провода. автомобили сносят [нагло выбегающие на дорогу прямо перед ними] опоры. Стекло фонаря тоже пачкается — поэтому его периодически моют. Не вижу особых причин, чтоб в регламентное обслуживание участка освещения наряду с заменой перегоревших ламп/мойкой (а то и заменой) стекол (раньше еще по регламенту и изоляторы мыли) не включить и протирку фотодатчика…