В прошлой серии...
С год назад я писал про управление городским освещением в одном из наших городов. Там все было очень просто: по расписанию включали и выключали питание светильников через ШУНО (шкаф управления наружным освещением). В ШУНО стояло реле, по команде которого включалась цепочка фонарей. Из интересного, пожалуй, лишь то, что делалось это через LoRaWAN.
Как вы помните, изначально мы строились на модулях СИ-12 (рис. 1) от компании Вега. Еще на этапе пилота у нас сразу появились проблемы.
Рисунок 1. — Модуль СИ-12
И вот теперь…
На данный момент мы построили куда более продвинутый проект.
Он базируется на модулях IS-Industry (рис. 2). Железо разработано нашим аутсорсером, прошивку писали сами. Это очень умный модуль. В зависимости от прошивки, которая на него загружена, он может управлять освещением или опрашивать приборы учета с большим набором параметров. Например, теплосчетчики или трехфазные счетчики электроэнергии.
Несколько слов о том, что реализовано.
Рисунок 2. — Модуль IS-Industry
1. Отныне, IS-Industry имеет собственную память. С прошивкой для света в эту память удаленно загружаются так называемые стратегии. По сути — это график включения-выключения ШУНО на определенный период. Более мы не зависим от радиоканала при включении-выключении. Внутри модуля есть расписание по которому он отрабатывает независимо ни от чего. Каждая отработка обязательно сопровождается командой на сервер. Сервер должен знать, что у нас сменилось состояние.
2. Этот же модуль умеет опрашивать электросчетчик в ШУНО. Каждый час от него приходят пакеты с потреблением и целой кучей параметров, которые может выдавать прибор учета.
Но соль не в этом. Через две минуты после смены состояния отсылается внеочередная команда с мгновенными показаниями счетчика. По ним мы можем судить о том, что свет действительно включился или выключился. Или что-то пошло не так. В интерфейсе есть два индикатора. Переключатель показывает текущее состояние модуля. Лампочка завязана на отсутствие или наличие потребления. Если эти состояния противоречат друг другу (модуль выключен, но потребление идет и наоборот), то строка с ШУНО подсвечивается красным и создается авария (рис. 3). Осенью, такая система помогла нам найти заклинившее реле-пускатель. По сути проблема не у нас, наш модуль отработал корректно. Но мы работаем в интересах заказчика. Потому должны показывать ему любые аварии, из-за которых могут быть проблемы с освещением.
Рисунок 3. — Потребление противоречит состоянию реле. Потому, строка подсвечена красным
По часовым показаниям строятся графики.
Логика такая же, как и в прошлый раз. Отслеживаем факт включения ростом потребления электроэнергии. Отслеживаем медиану потребления. Потребление ниже медианы — перегорела часть фонарей, выше — крадут электроэнергию со столба.
3. Штатные пакеты с информацией о потреблении и о том, что модуль в порядке. Приходят в разное время и не создают толкучку в эфире.
4. Как и раньше, мы можем принудительно включить или выключить ШУНО в любое время. Необходимо, допустим, для поиска сгоревшего фонаря в цепочке аварийной бригадой.
Подобные улучшения в разы увеличивают отказоустойчивость.
Данная модель управления сейчас, пожалуй, самая востребованная в России.
А еще…
Мы ходили и дальше.
Дело в том, что можно вообще отойти от ШУНО в классическом понимании и управлять каждым фонарем в отдельности.
Для этого необходимо, чтобы фонарь поддерживал протокол диммирования (0-10, DALI или какой-то другой) и имел разъем Nemo-socket.
Nemo-socket – это стандартный 7-пиновый разъем (на рис 4), который часто используют в уличном освещении. Из фонаря на этот разъем выводится питание и интерфейсные контакты.
Рисунок 4. — Nemo-socket
0-10 — это многим известный протокол управления освещением. Уже не молодой, но хорошо себя зарекомендовавший. Благодаря командам по этому протоколу мы можем не просто включить-выключить светильник, но еще и перевести его в режим диммирования. Проще говоря, приглушить свет, не выключая его совсем. Приглушить можем на определенное значение в процентах. 30 или 70 или 43.
Работает это так. Сверху в Nemo-socket устанавливается наш модуль управления. Этот модуль поддерживает работу с протоколом 0-10. Команды приходят через LoRaWAN по радоканалу (рис. 5).
Рисунок 5. — Фонарь с модулем управления
Что может этот модуль?
Он умеет включать и выключать светильник, диммировать его на определенную величину. А еще он умеет отслеживать потребление светильника. В случае диммирования, наблюдается падение потребляемого тока.
Теперь мы отслеживаем не просто цепочку из фонарей, мы управляем и отслеживаем КАЖДЫЙ фонарь. И, разумеется, по каждому из фонарей можем получить определенную ошибку.
Кроме того, можно значительно усложнить логику стратегий.
К примеру. Мы сообщаем светильнику №5, что он должен включаться в 18-00, в 3-00 диммироваться на 50 процентов до 4-50, далее вновь включиться на сто процентов и выключиться в 9-20. Все это легко настраивается у нас в интерфейсе и формируется в понятную для светильника стратегию работы. Эта стратегия заливается на светильник и он работает по ней до поступления других команд..
Как и в случае с модулем для ШУНО, у нас нет проблем с пропаданием радиосвязи. Даже если с ней случится что-то критичное, освещение продолжит работать. Кроме того, нет толкучки в эфире в момент, когда надо зажечь, скажем, сто светильников. Мы можем спокойно обходить их по очереди снимая показания и корректируя стратегии. Кроме того, с определенной периодичностью настроены сигнальные пакеты о том, что устройство живо и готово выходить на связь.
Внеплановое обращение будет лишь в случае аварии. Благо, что в данном случае у нас есть такая роскошь, как постоянное питание и мы можем позволить себе класс С.
Важный вопрос, который я вновь подниму. Каждый раз, когда мы презентуем нашу систему, меня спрашивают — а фотореле? Фотореле можно туда прикрутить?
Чисто технически — проблем нет. Но все заказчики, с которыми мы сейчас общаемся, категорически отказываются брать информацию с фотодатчиков. Просят оперировать лишь расписанием и астрономическими формулами. Все-таки городское освещение — это критично и важно.
А теперь самое главное. Экономика.
Работа с ШУНО через радиомодуль имеет явные преимущества, относительно низкую стоимость. Повышает уровень контроля над светильниками и упрощает обслуживание. Тут все понятно и экономическая выгода очевидна.
А вот с управлением каждым светильником все сложнее.
В России есть несколько подобных реализованных проектов. Их интеграторы гордо сообщают, что за счет диммирования удалось достичь экономии электроэнергии и таким способом окупить проект.
Наш опыт показывает, что не все так однозначно.
Ниже я привожу таблицу с расчетом окупаемости от диммирования в рублях в год и в месяцах на один светильник (рис. 6).
Рисунок 6. — Расчет экономии от диммирования
В ней приведено, сколько часов в день горит освещение, усреднено по месяцам. Считаем, что примерно 30 процентов этого времени светильник светит на 50 процентов мощности и еще 30 процентов — на 30 процентов мощности. Остальное на полной мощности. Округлено до десятых.
Для простоты я считаю, что в режиме 50 процентов мощности светильник потребляет половину того, что потребляет на 100 процентах. Это тоже немного неверно, т. к. есть потребление драйвера, которое постоянно. Т.е. реальная экономия у нас выйдет меньше, чем в таблице. Но для простоты восприятия, пусть будет так.
Цену за киловатт электроэнергии возьмем в 5 рублей, средняя цена для юрлиц.
Итого, за год на одном светильнике реально сэкономить от 313 рублей до 1409 руб. Как видим, на устройствах малой мощности выгода совсем крошечная, с мощными осветителями поинтереснее.
Что с затратами?
Удорожание каждого фонаря, при добавлении к нему модуля LoRaWAN, составляет порядка 5500 руб. Там сам модуль около 3000, плюс стоимость Nemo-Socket на светильнике еще 1500 руб, плюс работы по установке и настройке. Это я еще не учитываю, что за такие светильники надо платить абонплату владельцу сети.
Получается, что окупаемость системы составляет в лучшем случае (при самом мощном светильнике) чуть меньше четырех лет. Окупаемость. Долго.
Но даже в этом случае, все на нет сведет абонплата. А без нее в стоимость еще придется закладывать поддержание сети LoRaWAN, что так же не дешево.
Есть еще небольшая экономия в работе аварийных бригад, которые теперь планируют работу куда оптимальней. Но она не спасет.
Получается, все зря?
Нет. На самом деле, правильный ответ здесь такой.
Управление каждым фонарем — это часть умного города. Та часть, которая впрямую не экономит, и за которую даже приходится немного доплачивать. Но взамен мы получаем важную вещь. В такой архитектуре у нас появляется постоянное гарантированное питание на каждом столбе круглые сутки. Не только ночью.
Почти каждый провайдер сталкивался с проблемой. Надо сделать wi-fi на главной площади. Или видеонаблюдение в парке. Администрация дает добро и выделяет опоры. Но вот беда — опоры осветительные и электроэнергия там есть только ночью. Приходится что-то мудрить, тянуть по опорам дополнительное питание, ставит аккумуляторы и прочие странные вещи.
В случае управления каждым фонарем мы на столб с фонарем спокойно можем повесить что-то еще и сделать его «умным».
И вот тут снова вопрос экономики и применимости. Где-то на задворках города ШУНО хватит за глаза. В центре имеет смысл построить что-то более сложное и управляемое.
Главное, чтобы в этих расчетах были указаны реальные цифры, а не мечты про Интернет Вещей.
P. S. За этот год мне удалось пообщаться со многими инженерами, занятыми в сфере освещения. И некоторые доказывали мне, что экономика в управлении каждым светильником все же есть. Я открыт к дискуссии, мои расчеты приведены. Если сможете доказать обратное, я обязательно об этом напишу.
С год назад я писал про управление городским освещением в одном из наших городов. Там все было очень просто: по расписанию включали и выключали питание светильников через ШУНО (шкаф управления наружным освещением). В ШУНО стояло реле, по команде которого включалась цепочка фонарей. Из интересного, пожалуй, лишь то, что делалось это через LoRaWAN.
Как вы помните, изначально мы строились на модулях СИ-12 (рис. 1) от компании Вега. Еще на этапе пилота у нас сразу появились проблемы.
Рисунок 1. — Модуль СИ-12
- Мы зависели от сети LoRaWAN. Серьезная помеха в эфире или падение сервера и у нас беда с городским освещением. Маловероятно, но возможно.
- СИ-12 имеет лишь импульсный вход. К нему можно подключить электросчетчик и считывать с него текущие показания. Но на коротком промежутке времени (5-10 минут) невозможно отследить скачок потребления, который происходит после включения фонарей. Ниже поясню, почему это важно.
- Беда посерьезнее. Модули СИ-12 стабильно зависали. Примерно один раз на 20 сработок. В связке с Вегой мы пытались устранить причину. За время пилота было выпущено две новые прошивки модуля и новая версия сервера, где пофиксили несколько серьезных проблем. Под конец, модули виснуть перестали. И все же от них мы отошли.
И вот теперь…
На данный момент мы построили куда более продвинутый проект.
Он базируется на модулях IS-Industry (рис. 2). Железо разработано нашим аутсорсером, прошивку писали сами. Это очень умный модуль. В зависимости от прошивки, которая на него загружена, он может управлять освещением или опрашивать приборы учета с большим набором параметров. Например, теплосчетчики или трехфазные счетчики электроэнергии.
Несколько слов о том, что реализовано.
Рисунок 2. — Модуль IS-Industry
1. Отныне, IS-Industry имеет собственную память. С прошивкой для света в эту память удаленно загружаются так называемые стратегии. По сути — это график включения-выключения ШУНО на определенный период. Более мы не зависим от радиоканала при включении-выключении. Внутри модуля есть расписание по которому он отрабатывает независимо ни от чего. Каждая отработка обязательно сопровождается командой на сервер. Сервер должен знать, что у нас сменилось состояние.
2. Этот же модуль умеет опрашивать электросчетчик в ШУНО. Каждый час от него приходят пакеты с потреблением и целой кучей параметров, которые может выдавать прибор учета.
Но соль не в этом. Через две минуты после смены состояния отсылается внеочередная команда с мгновенными показаниями счетчика. По ним мы можем судить о том, что свет действительно включился или выключился. Или что-то пошло не так. В интерфейсе есть два индикатора. Переключатель показывает текущее состояние модуля. Лампочка завязана на отсутствие или наличие потребления. Если эти состояния противоречат друг другу (модуль выключен, но потребление идет и наоборот), то строка с ШУНО подсвечивается красным и создается авария (рис. 3). Осенью, такая система помогла нам найти заклинившее реле-пускатель. По сути проблема не у нас, наш модуль отработал корректно. Но мы работаем в интересах заказчика. Потому должны показывать ему любые аварии, из-за которых могут быть проблемы с освещением.
Рисунок 3. — Потребление противоречит состоянию реле. Потому, строка подсвечена красным
По часовым показаниям строятся графики.
Логика такая же, как и в прошлый раз. Отслеживаем факт включения ростом потребления электроэнергии. Отслеживаем медиану потребления. Потребление ниже медианы — перегорела часть фонарей, выше — крадут электроэнергию со столба.
3. Штатные пакеты с информацией о потреблении и о том, что модуль в порядке. Приходят в разное время и не создают толкучку в эфире.
4. Как и раньше, мы можем принудительно включить или выключить ШУНО в любое время. Необходимо, допустим, для поиска сгоревшего фонаря в цепочке аварийной бригадой.
Подобные улучшения в разы увеличивают отказоустойчивость.
Данная модель управления сейчас, пожалуй, самая востребованная в России.
А еще…
Мы ходили и дальше.
Дело в том, что можно вообще отойти от ШУНО в классическом понимании и управлять каждым фонарем в отдельности.
Для этого необходимо, чтобы фонарь поддерживал протокол диммирования (0-10, DALI или какой-то другой) и имел разъем Nemo-socket.
Nemo-socket – это стандартный 7-пиновый разъем (на рис 4), который часто используют в уличном освещении. Из фонаря на этот разъем выводится питание и интерфейсные контакты.
Рисунок 4. — Nemo-socket
0-10 — это многим известный протокол управления освещением. Уже не молодой, но хорошо себя зарекомендовавший. Благодаря командам по этому протоколу мы можем не просто включить-выключить светильник, но еще и перевести его в режим диммирования. Проще говоря, приглушить свет, не выключая его совсем. Приглушить можем на определенное значение в процентах. 30 или 70 или 43.
Работает это так. Сверху в Nemo-socket устанавливается наш модуль управления. Этот модуль поддерживает работу с протоколом 0-10. Команды приходят через LoRaWAN по радоканалу (рис. 5).
Рисунок 5. — Фонарь с модулем управления
Что может этот модуль?
Он умеет включать и выключать светильник, диммировать его на определенную величину. А еще он умеет отслеживать потребление светильника. В случае диммирования, наблюдается падение потребляемого тока.
Теперь мы отслеживаем не просто цепочку из фонарей, мы управляем и отслеживаем КАЖДЫЙ фонарь. И, разумеется, по каждому из фонарей можем получить определенную ошибку.
Кроме того, можно значительно усложнить логику стратегий.
К примеру. Мы сообщаем светильнику №5, что он должен включаться в 18-00, в 3-00 диммироваться на 50 процентов до 4-50, далее вновь включиться на сто процентов и выключиться в 9-20. Все это легко настраивается у нас в интерфейсе и формируется в понятную для светильника стратегию работы. Эта стратегия заливается на светильник и он работает по ней до поступления других команд..
Как и в случае с модулем для ШУНО, у нас нет проблем с пропаданием радиосвязи. Даже если с ней случится что-то критичное, освещение продолжит работать. Кроме того, нет толкучки в эфире в момент, когда надо зажечь, скажем, сто светильников. Мы можем спокойно обходить их по очереди снимая показания и корректируя стратегии. Кроме того, с определенной периодичностью настроены сигнальные пакеты о том, что устройство живо и готово выходить на связь.
Внеплановое обращение будет лишь в случае аварии. Благо, что в данном случае у нас есть такая роскошь, как постоянное питание и мы можем позволить себе класс С.
Важный вопрос, который я вновь подниму. Каждый раз, когда мы презентуем нашу систему, меня спрашивают — а фотореле? Фотореле можно туда прикрутить?
Чисто технически — проблем нет. Но все заказчики, с которыми мы сейчас общаемся, категорически отказываются брать информацию с фотодатчиков. Просят оперировать лишь расписанием и астрономическими формулами. Все-таки городское освещение — это критично и важно.
А теперь самое главное. Экономика.
Работа с ШУНО через радиомодуль имеет явные преимущества, относительно низкую стоимость. Повышает уровень контроля над светильниками и упрощает обслуживание. Тут все понятно и экономическая выгода очевидна.
А вот с управлением каждым светильником все сложнее.
В России есть несколько подобных реализованных проектов. Их интеграторы гордо сообщают, что за счет диммирования удалось достичь экономии электроэнергии и таким способом окупить проект.
Наш опыт показывает, что не все так однозначно.
Ниже я привожу таблицу с расчетом окупаемости от диммирования в рублях в год и в месяцах на один светильник (рис. 6).
Рисунок 6. — Расчет экономии от диммирования
В ней приведено, сколько часов в день горит освещение, усреднено по месяцам. Считаем, что примерно 30 процентов этого времени светильник светит на 50 процентов мощности и еще 30 процентов — на 30 процентов мощности. Остальное на полной мощности. Округлено до десятых.
Для простоты я считаю, что в режиме 50 процентов мощности светильник потребляет половину того, что потребляет на 100 процентах. Это тоже немного неверно, т. к. есть потребление драйвера, которое постоянно. Т.е. реальная экономия у нас выйдет меньше, чем в таблице. Но для простоты восприятия, пусть будет так.
Цену за киловатт электроэнергии возьмем в 5 рублей, средняя цена для юрлиц.
Итого, за год на одном светильнике реально сэкономить от 313 рублей до 1409 руб. Как видим, на устройствах малой мощности выгода совсем крошечная, с мощными осветителями поинтереснее.
Что с затратами?
Удорожание каждого фонаря, при добавлении к нему модуля LoRaWAN, составляет порядка 5500 руб. Там сам модуль около 3000, плюс стоимость Nemo-Socket на светильнике еще 1500 руб, плюс работы по установке и настройке. Это я еще не учитываю, что за такие светильники надо платить абонплату владельцу сети.
Получается, что окупаемость системы составляет в лучшем случае (при самом мощном светильнике) чуть меньше четырех лет. Окупаемость. Долго.
Но даже в этом случае, все на нет сведет абонплата. А без нее в стоимость еще придется закладывать поддержание сети LoRaWAN, что так же не дешево.
Есть еще небольшая экономия в работе аварийных бригад, которые теперь планируют работу куда оптимальней. Но она не спасет.
Получается, все зря?
Нет. На самом деле, правильный ответ здесь такой.
Управление каждым фонарем — это часть умного города. Та часть, которая впрямую не экономит, и за которую даже приходится немного доплачивать. Но взамен мы получаем важную вещь. В такой архитектуре у нас появляется постоянное гарантированное питание на каждом столбе круглые сутки. Не только ночью.
Почти каждый провайдер сталкивался с проблемой. Надо сделать wi-fi на главной площади. Или видеонаблюдение в парке. Администрация дает добро и выделяет опоры. Но вот беда — опоры осветительные и электроэнергия там есть только ночью. Приходится что-то мудрить, тянуть по опорам дополнительное питание, ставит аккумуляторы и прочие странные вещи.
В случае управления каждым фонарем мы на столб с фонарем спокойно можем повесить что-то еще и сделать его «умным».
И вот тут снова вопрос экономики и применимости. Где-то на задворках города ШУНО хватит за глаза. В центре имеет смысл построить что-то более сложное и управляемое.
Главное, чтобы в этих расчетах были указаны реальные цифры, а не мечты про Интернет Вещей.
P. S. За этот год мне удалось пообщаться со многими инженерами, занятыми в сфере освещения. И некоторые доказывали мне, что экономика в управлении каждым светильником все же есть. Я открыт к дискуссии, мои расчеты приведены. Если сможете доказать обратное, я обязательно об этом напишу.
xFFFF
А почему нельзя поставить просто датчик освещенности? Стоит копейки, работает автономно.
lenz1986
Меня тоже этот вопрос постоянно волнует ) Почему фонари уличяные делают умными — управляемыми ) Ведь достаточно логичное решение уровень освещенности опустился ниже порога датчик свет включил поднялся отключил )
Interfer Автор
Потому что птичка загадила датчик, снег налип, грязью затянуло. И фонарь будет работать круглые сутки.
Или, наоборот, датчик помер и фонарь не работает. Это, конечно, заметят. Но до устранения под фонарем может машина в столб въехать. И будет большой-большой иск.
Sergey-S-Kovalev
Еще можно добавить паразитное засвечивание от рядом стоящих многоэтажек, которые сами светят, так от них еще и свет фар и чего угодно может отражаться. Чистое ночное небо с полной луной. Фейерверки. Дежурный свет с строительного крана. Подсветка зданий.
Envek
По световому потоку — это всё мелочь по сравнению с естественным дневным освещением, т.е. проблем вызывать не должно. А вот поддержание датчика в чистоте — это, пожалуй, главная проблема.
kisaa
Зато учитывает падение общей освещенности из-за затянутого тучами неба, например. А астрономическая таблица ориентируется только на заход-восход солнца.
Interfer Автор
Редко бывает, что прям такие тучи, что темно как ночью. А в непогоду фонари не всегда помогут.
При этом затраты на эксплуатацию возрастают в разы (представляете, каждый датчик протирать).
Опять же, планировать расход электроэнергии в такой системе почти нереально.
xFFFF
Не надо придумывать проблемы на пустом месте. Влияние снега и грязи можно минимизировать расположением и формой окна датчика. Если к простейшему датчику добавить микроконтроллер, то он может сам калиброваться, учитывая освещенность за последние несколько суток. Ваш модуль тоже может помереть, так что это вообще не аргумент)
Interfer Автор
Очень даже аргумент. Наш модуль каждый час шлет алайв пакет, типа я живой. Если он помрет — это авария. И мы это увидим, успеем отправить ремонтную бригаду. Шанс, что модуль сломается именно в момент включения-выключения не такой уж большой.
В остальное время он не требует обслуживания. И один модуль тянет от 30 до 70 светильников.
Теперь представьте датчик на каждом светильнике без обратной связи. Их постоянно надо проверять и каждый надо все равно тряпочкой прочищать. В наших заводских условиях, когда весь город черный, прочищать придется часто.
Antohin
Как-то снимал квартиру в таком месте, где двор соседнего здания освещался мощным фонарем с датчиком освещения. Один раз проснулся от периодических щелчков реле и всполохов на потолке. Около 3 ночи, рассвет, по ясному алеющему небу плывут красивые плотные облака, чуть подсвеченные скраешку восходящим солнцем. И в такт этой красоте мигает и щелкает фонарь, зараза, с довольно рандомным периодом 3-5 минут.
Понятно что все можно настроить. В первую очередь петлю гистерезиса на включение/выключение, сделать интегрирование показаний (опять же вопрос за какой период времени?), таймеры какие-то на смену состояния. Сколько это все отлаживать, где гарантия что будет работать при всех погодных условиях?
Уснуть уже не удалось, с тех пор я не сторонник всяких кривых датчиков освещенности :)
Справедливости ради, за 4-5 месяцев такой баг наблюдался только один раз.
Interfer Автор
И тем не менее это тоже аргумент против фотореле без обратной связи.
drWhy
Фонарь не должен был бы светить в окна, его задача — освещать дорогу, двор. К сожалению, зачастую безотносительно к месту монтажа устанавливаются однотипные фонари с широкоугольной оптикой, приводящей к высокой паразитной боковой засветке. Хотя можно было бы делать на фонарях поворотные щитки, с помощью которых ограничивать диаграмму направленности. Щитки можно было бы производить в виде дополнительного аксессуара, предусмотрев соответствующее крепление на фонаре, и устанавливать только там, где это действительно необходимо.
Проблема в том, что фонари (и всяческие прожекторы) устанавливаются днём, в рабочее время, соответственно их невозможно настраивать, т.к. не видно производимого эффекта. А настройка фонарей в ночное время была бы нарушением трудового законодательства, это ведь высотные работы.
В итоге когда ночью выясняется, что фонарь или прожектор кого-то слепит, обращаться за исправлением уже не к кому. Ожидать от установщиков наличия плана засветки и соответствующей регулировки фонарей было бы излишне оптимистично.