Referat

Przyjazne monitorowanie urządzeń energetycznych
na przykładzie systemu oświetlenia ulicznego miasta Białystok
mgr inż. Tomasz Myzia
© Zakład Automatyki i Urządzeń Pomiarowych AREX sp. z o.o. , 2007
Korzystając ze współcześnie dostępnych środków techniki, można zbudować wiele
ciekawych i pożytecznych publicznie systemów. Często jedynym ograniczeniem we wprowadzeniu
udoskonaleń w już istniejących instalacjach jest wyobraźnia człowieka i brak wiedzy o
współczesnych technologiach. Z drugiej strony zrozumiałe jest, że należy unikać nadmiernego
zachwytu nad nowinkami techniki, które po kilku latach mogą zostać wycofane lub po prostu nie
sprawdzić się w realnych warunkach użytkowania. Firma AREX może poszczycić się kilkoma
rozwiązaniami, które potrafią pogodzić pędzący do przodu świat nowych technologii z rozsądkiem
projektowania i dobrą praktyką inżynierską.
Dobrym przykładem jest system oświetlenia ulicznego DIMaC-OM, który został
zainstalowany w Białymstoku. Od 2005r. firma AREX uruchomiła tam 22 rozdzielnice
oświetleniowe RSOU z monitoringiem GPRS. Sukcesywnie zastępowane są najbardziej
wyeksploatowane szafy oświetleniowe w mieście. Jednocześnie nowe rozdzielnice stanowią źródło
precyzyjnego załączenia dla starych szaf podłączonych w tak zwanej „kaskadzie”.
Rys.1 Budowa rozdzielnicy oświetleniowej RSOU - 2 obwody obciążenia
Dzięki wdrożeniu systemu DIMaC-OM wyeliminowane zostało szereg codziennych
uciążliwości eksploatacyjnych, wynikających z tradycyjnego użytkowania instalacji oświetlenia
ulic. Do tej pory, w celu wykrycia przepalonych opraw lub nie załączeń całych ciągów
oświetleniowych wykonywane były objazdy kontrolne samochodem serwisowym. Często wyjazdy
serwisowe wykonywane są dopiero po zgłoszeniach telefonicznych mieszkańców lub innych służb
miejskich. Gdy oprawy świecą już poprawnie, kolejnym mankamentem tradycyjnych instalacji
oświetleniowych jest rozregulowywanie zegarów, a przez co za wczesne lub za późne załączanie
oświetlenia. Zwykle co kilka miesięcy zegary w rozdzielnicach trzeba korygować. Przy okazji, w
zegarach astronomicznych wprowadza się sezonowe korekty czasów załączeń/wyłączeń.
Po wdrożeniu systemu DIMaC-OM wszystkie powyższe niedogodności zostały
wyeliminowane, przynajmniej w stosunku do rozdzielnic objętych bezpośrednim monitoringiem.
Sterowniki w rozdzielnicach precyzyjnie załączają i wyłączają ciągi oświetleniowe, ich zegary
chodzą z dokładnością sekundy. Wewnętrzne zegary astronomiczne potrafią wyznaczyć momenty
przełączeń bez potrzeby sezonowych korekt czy też zmiany czasu letniego na zimowy.
Ekstra funkcją systemu DIMaC-OM jest bezpieczne przyspieszanie lub opóźnianie
załączeń/wyłączeń według centralnego pomiaru natężenia oświetlenia naturalnego. Na podstawie
pomiarów z co najmniej jednego luksometru, zamontowanego w odpowiednim i dogodnym do
serwisowania miejscu, można zoptymalizować momenty załączeń we wszystkich rozdzielnicach
systemu. Ta funkcja pozwala nawet na kilkunastominutowe na dobę, bezpieczne skrócenie
całkowitego czasu włączenia oświetlenia ulic. Daje to bardzo wymierne oszczędności w skali
całego miasta.
Po poprawnym skonfigurowaniu system jest całkowicie bezobsługowy i zapewnia
automatyczną kontrolę funkcjonowania. Sterowniki zapewniają diagnostykę istotnych elementów
instalacji elektrycznej. Kontrolowana jest praca stycznika załączającego i stan bezpieczników w
obwodach odbiorczych. Poprzez moduły pomiaru napięć i prądów w poszczególnych odpływach,
kontrolowany jest pobór mocy, a przez co wykrywane uszkodzenia (skokowe zmniejszenie
obciążenia) nawet na poziomie pojedynczych opraw. Wszystkie niepokojące objawy i zdarzenia
awaryjne rejestrowane są w bazie danych. Na specjalnie przygotowanej wizualizacji można
obserwować bieżący stan pracy systemu, a także wszystkie zapisy archiwalne. Aby użytkownik nie
musiał czuwać przy komputerze, w systemie przygotowano SMS-ową usługę powiadamiania o
awariach. Użytkownik ma pełną swobodę konfigurowania w jakich sytuacjach i kto ma zostać
powiadomiony.
Wizualizacja pracy systemu DIMaC-OM może zostać jednocześnie uruchomiona na wielu
komputerach, w tym laptopach lub palmtopach używanych przez ekipy serwisowe. Jest to znaczne
ułatwienie w obsłudze systemu. Podczas serwisu w terenie można na bieżąco śledzić pracę
urządzeń, bez pośrednictwa centrum dyspozycyjnego.
Rys.2 Wizualizacja pracy systemu DIMaC-OM dla miasta Białystok – ekran główny
Komunikacja w systemie monitoringu
Jednym z większych problemów w budowie systemu monitorowania oświetlenia ulicznego, są duże
odległości między obiektami oraz całkowity brak towarzyszącej im infrastruktury komunikacyjnej.
Do czasu udostępnienia telefonicznych sieci komórkowych, techniczne możliwości monitorowania
instalacji oświetleniowej miast były znacznie ograniczone. Alternatywne do sieci GSM,
rozwiązania oparte na radiomodemach były dość kosztowne. Dlatego też rzadko można spotkać
radiomodemy w tak małych i stosunkowo licznych obiektach, jak rozdzielnice elektryczne.
Ponadto w warunkach miejskich korzystanie z ogólnie dostępnego pasma ISM 433MHz lub 869
MHz, może przysparzać wielu problemów związanych z zasięgiem (wysokie budynki, duże
odległości) lub konfliktem z innymi systemami (otwarte pasmo).
W systemie DIMaC-OM do celów komunikacyjnych zdecydowaliśmy się wykorzystać technologię
GPRS, czyli pakietową transmisję danych poprzez sieć komórkową GSM. W firmie AREX systemy
oparte na technologii GPRS opracowywane są z powodzeniem już od 2002 roku. Innowacyjność
naszych rozwiązań została doceniona w 2004 r. na III Kongresie Technologicznym
zorganizowanym przez Polkomtel S.A. W kategorii „Rozwiązania infrastrukturalne z zakresu
bezpieczeństwa publicznego” zwyciężył (nasz) System zarządzania ruchem drogowym na
platformie GPRS, wdrożony przez Miejski Zarząd Dróg Mostów i Zieleni w Olsztynie. Na bazie
właśnie tego rozwiązania (protokół DIMNET-P5) zbudowaliśmy system komunikacji dla systemu
DIMaC-OM.
Dlaczego GSM/GPRS jest tak atrakcyjny do budowania systemów monitoringu?
Przede wszystkim decyduje o tym niski koszt instalacji każdego z punktów monitorowania. Dzięki
tej technice można zbudować bardzo elastyczny system, w którym nie ma realnych ograniczeń na
ilość obiektów, ani na miejsce ich zabudowy. W zdecydowanej większości przypadków nie trzeba
korzystać ze specjalnych anten. Do uruchomienia transmisji GPRS z kolejnym punktem nie
potrzebne są żadne uzgodnienia czy dopuszczenia radiowe. Co istotne nie trzeba też badać
interferencji z innymi systemami. Jedynym wymaganiem jest zasięg sieci komórkowej GSM, ale z
tym nie ma żadnego problemu w miastach, szczególnie dla rozdzielnic oświetleniowych, które
zabudowywane są przy głównych ciągach ulic. Same modemy GSM/GPRS, w które należy
wyposażyć szafy, są urządzeniami stosunkowo tanimi. Ich cena porównywalna jest do ceny średniej
jakości aparatu telefonicznego GSM, a jak wiemy te są coraz tańsze.
Ile kosztuje utrzymanie monitoringu GSM/GPRS?
Jest to często zadawane pytanie i zwykle można usłyszeć na nie wymijającą odpowiedź,
że wszystko zależy od liczby przesyłanych danych i od ilości urządzeń pracujących w systemie.
W przypadku systemu DIMaC-OM odpowiedź jest prosta.
Koszt utrzymania pojedynczego punktu monitoringu wynosi obecnie 10zł netto (rok 2007).
Jest to koszt najniższego abonamentu przewidzianego przez operatorów komórkowych w tak
zwanej taryfie M2M (Machine to Machine). Rzeczywiście jest tak, że w technice GPRS koszt
zależy od liczby przesłanych danych. Jednak nasze urządzenia przesyłają zdecydowanie mniej
danych niż przewiduje to najniższy abonament. Efekt ten uzyskaliśmy dzięki opracowanemu w
firmie AREX protokołowi komunikacji DIMNET-P5, w którym większość danych przesyłana jest
w trybie zdarzeniowym, czyli po zmianie wartości. Cechą charakterystyczną naszego rozwiązania
komunikacji GPRS jest brak jakichkolwiek opłat dodatkowych poza abonamentem. Nie jest
wymagane przydzielanie urządzeniom indywidualnych adresów IP, czy utrzymanie sieci APN.
Należy podkreślić, że nasze rozwiązanie komunikacyjne DIMNET-P5 opiera się na
podstawowym internetowym protokole TCP/IP. Oznacza to, że nie jesteśmy skazani na tylko jedną
technologię GPRS. Jeżeli rozdzielnice stoją w zasięgu publicznych hot-spotów WLAN lub jest
możliwość podłączenia ich do stałego łącza internetowego, po wymianie modemu odchodzą nam
koszty stałe abonamentu GPRS. Można stwierdzić, że system DIMaC-OM już teraz jest otwarty na
przyszłościowe technologie komunikacji danych.
Dzięki zdalnemu nadzorowi system DIMaC-OM podnosi niezawodność całej instalacji
oświetleniowej w mieście. Poprzez minimalizację czasu usunięcia usterki poprawia bezpieczeństwo
na drogach. Należy podkreślić, że zalety systemu i sprawne funkcjonowanie nie wynikają tylko z
użycia nowoczesnych technik łączności. W samej konstrukcji urządzeń zastosowano wiele
inowacyjnych rozwiązań z uwzględnieniem wiedzy i dobrych praktyk inżynierskich. Dzięki temu
pewne zdarzenia losowe, takie jak czasowy brak łączności, czy uszkodzenia wybranych elementów,
są uwzględnione w logice pracy sterowników. Nawet całkowity brak łączności nie jest
zagrożeniem. Zgodnie z oczekiwaniem użytkownika rozdzielnice RSOU nadal będą pracowały
poprawnie.
Mamy nadzieję, że przedstawiony system DIMaC-OM jako dojrzałe rozwiązanie, będzie
dobrze promował polską myśl techniczną.