Автоматизированная система управления уличным освещением реферат

Обновлено: 05.07.2024

Уличное освещение является одним из основных потребителей электроэнергии, поэтому энергоэффективное управление является одной из важнейших задач в этой области. Свет на улицах должен гореть в нужное время и при любых обстоятельствах, поэтому необходимо обеспечивать безаварийную работу и диспетчеризацию системы освещения. Необходимо знать, сколько ламп перегорело, есть ли электричество на вводе в подстанцию, получать информацию об обрывах линий питания, оперативно реагировать на нештатные ситуации и вовремя проводить необходимое техническое обслуживание.

Преимущества автоматизированной системы управления освещением

Самым оптимальным решением для эффективного управления освещением является использование полностью автоматизированных систем управления и диспетчеризации наружного освещения (АСУНО).

Почему же автоматизированная система эффективнее классических методов управления? Сердцем АСУНО является программируемый логический контроллер, который производит управление коммутацией отходящих линий по заранее заданной программе. В программе контроллера хранится годовое расписание, поэтому освещение включается всегда в нужное время. Данные об энергопотреблении и авариях передаются в диспетчерский центр, поэтому всегда доступна информация о состоянии питания на вводе в подстанцию и значение потребляемой мощности. По снижению текущего энергопотребления относительно нормы можно оценить количество перегоревших ламп. При превышении нормы энергопотребления идентифицируется нелегальное подключение к электросети. Вся диагностическая информация доступна в диспетчерском центре, участие объездной бригады не требуется. Таким образом, снижается аварийность за счет превентивного мониторинга и экономятся средства на обслуживание.

Рис. 1. Шкаф управления системой городского освещения во Владивостоке

Системы автоматизированного управления освещением на базе решений от Phoenix Contact

Ядром системы управления является программируемый контроллер ILC 130 ETH. Контроллер имеет встроенные часы реального времени с возможностью синхронизации, что позволяет управлять контакторами линий освещения по заранее заданному расписанию. Разработанная программа управления освещением контролирует от одного до 26 контакторов. Причем переключение каждого контактора настраивается как по собственному отдельному расписанию, так и с возможностью объединения нескольких контакторов в групповое расписание. Расписание имеет возможность корректировки из диспетчерского центра. Каждый контактор может быть дистанционно включен, отключен или же временно переведен на альтернативное расписание.

Если вводить альтернативное расписание нецелесообразно, то произвести включение и выключение можно принудительной командой. Также заранее можно настроить возможность автоматического возврата на работу по расписанию, если при принудительном включении в течение заданного времени отсутствует связь с диспетчерским центром.

Связь с диспетчерским центром осуществляется по сети Ethernet. Для этого применяются любые доступные технологии, такие как оптоволоконные линии, сотовые сети 3G или ADSL. Для обеспечения защиты информации система управления может оснащаться межсетевым экраном с технологией VPN по протоколам IPSec или OpenVPN. Так как выделенные линии связи не всегда доступны, то наиболее часто связь осуществляется через Интернет, и шифрование данных с ограничением доступа необходимо для обеспечения безопасности объектов освещения. Связь по сети Ethernet имеет ряд преимуществ. Контроллеры доступны для программирования из сети, и для обслуживания или изменения программы под новое ТЗ нет необходимости выезжать на объект. Для синхронизации времени используется стандартный протокол NTP. Контроллер может подключаться к серверу точного времени в Интернете, к серверу времени диспетчерской или же к серверу времени своего локального маршрутизатора. Для наиболее эффективной синхронизации времени используются маршрутизаторы со встроенным приемником GPS/ГЛОНАСС TC MGUARD. Они получают координаты и точное время со спутников и передают эти данные на контроллер. Таким образом, кроме синхронизации времени, возможна точная привязка объекта к местности в модуле ГИС диспетчерского ПО в автоматическом режиме.

Рис. 2. Структура системы управления

Рис. 3. Структура системы связи

Для обеспечения непрерывного функционирования системы в шкаф управления установлен блок бесперебойного питания, обеспечивающий автономную работу контроллера до 48 часов или более, в зависимости от батареи/аккумулятора. При наличии резервного ввода система управления может также выполнять функции АВР. При отсутствии напряжения на основном вводе система переключится на резервный.

Рис. 4. Архитектура системы диспетчеризации

Система мониторинга и управления

Система управления включает в себя специализированное программное обеспечение верхнего уровня, построенное на современных ИТ-решениях. Разработанный коммуникационный протокол позволяет контроллерам накапливать и передавать архивы событий и измеряемых величин, а также их текущие значения — как по запросу, так и спорадически. Для обеспечения эффективного управления большим количеством объектов в систему введена функция синхронизации. Ряд команд или изменений настроек, не требующих немедленного исполнения, заносятся в определенный регистр базы данных. Контроллер с определенной периодичностью запрашивает для себя новые параметры и получает их при следующей сессии синхронизации. Таким образом, если отсутствует связь с отдельными исполнительными пунктами (например, если система обесточена или перегружена сотовая связь), нет необходимости повторно передавать параметры на каждую станцию и отслеживать их применение. Новые данные, например, расписание, будут автоматически загружены в контроллер при очередном сеансе связи с диспетчерским пунктом.

Также контроллеры системы управления могут быть включены в любые системы диспетчеризации посредством стандартных протоколов, таких как Modbus, TCP, IEC 610870-5-104, OPC или XML.

Рис. 5. Экраны системы диспетчеризации

Используя современные технологии от Phoenix Contact, можно добиться максимальной гибкости и функциональности при построении системы управления наружным освещениям, снижая затраты на электроэнергию и расходы на обслуживание. Возможности модернизации функционала системы практически не ограничены, что позволяет сделать ее еще более гибкой и эффективной.

Перспективы развития АСУНО определяются следующими направлениями разработок: дальнейшее повышение надёжности аппаратуры, максимальная централизация контроля с полным охватом всех пунктов включения (ПВ), получение полной информации о неисправностях, дистанционная локализация мест возникновения неисправностей и аварий вплоть до неисправности отдельного светильника, встроенный учёт расхода… Читать ещё >

Автоматизированная система управления наружным освещением ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

Автоматизированные системы управления наружным освещением (АСУНО) городов являются относительно новым типом распределённых систем диспетчерского управления. Существовавшие до этого релейные системы дистанционного централизованного управления наружным освещением (НО) были разработаны в СССР в шестидесятые-семидесятые годы ХХ века и обеспечивали дистанционное включение основных режимов освещения, контроль исправности силового оборудования и прохождение команд управления в неразветвлённых, последовательно соединённых каскадах освещения.

В дальнейшем рост потребностей контроля за состоянием сетей, НО привёл к появлению в девяностых годах компьютеризированных АСУНО различных разработчиков, которые обеспечивали значительное увеличение функциональных возможностей управления и диагностики НО.

Уже сейчас, одним из важнейших направлений развития АСУНО становятся системы с плавным дистанционным управлением яркостью и адресным контролем каждого светильника. Это достигается за счёт применения в светильниках наружного освещения специализированной электронной пускорегулирующей аппаратуры, обеспечивающей не только возможность плавного изменения светового потока лампы, но и ряд других полезных качеств, из которых важнейшими являются повышенный срок службы ламп, отсутствие миганий и стробоскопического эффекта, стабилизация светового потока вне зависимости от величины питающего напряжения и др. Отсутствие массового применения таких решений объясняется пока лишь недостаточной надёжностью этой аппаратуры при относительно высокой цене. Вполне конкурентоспособным этому варианту с точки зрения обеспечения энергосбережения в вечернем и ночном режимах работы линий, НО представляется вариант управления яркостью светильников с помощью управляемых автотрансформаторов, устанавливаемых в ПВ.

Наличие различных подходов к проектированию АСУНО, отсутствие в настоящее время стандартизации в этой области делают актуальной задачу разработку собственной АСУНО и формирование комплекса предъявляемых к АСУНО требований по составу функций.

В статье автор анализирует существующие автоматизированные системы управления уличным освещением.

Ключевые слова: уличное освещение, система, пункт, система управления.

Повышение энергоэффективности систем уличного освещения можно осуществляется не только за счет замены устаревших дугоразрядных ламп на более экономичные светодиодные, но и за счет внедрения систем автоматического регулирования.

Требования, предъявляемые к современным системам уличного освещения населенных пунктов:

– обеспечение уровня нормируемой освещенности;

– применение систем и оборудования для оперативного мониторинга и управления системой уличного освещения;

– простота обслуживания и долгий срок эксплуатации;

– возможность расширения сети уличного освещения населенного пункта без значительных затрат на реконструкцию (согласно планам перспективного развития населенных пунктов и районов).

Вышеперечисленные требования должны осуществляться с минимальными финансовыми затратами и обеспечивать максимальную энергоэффективность системы уличного освещения.

Соответствие вышеперечисленным требованиям является комплексной проблемой, которая должна решаться как на стадии проектирования системы уличного освещения, так и на стадии ее эксплуатации.

Одним из путей обеспечения такого соответствия, является применение систем автоматического управления уличным освещением. В настоящее время этот вопрос становится всё более актуальной, в связи с тем, что существующие сети уличного освещения многих населенных пунктов морально и физически устаревают и требуют их замены или реновации. В связи с этим, появляется вопрос соответствия вновь вводимых систем управления уличным освещением этим требованиям, а также всесторонний анализ их преимуществ и недостатков с целью осуществления оптимального выбора системы управления в каждом конкретном случае.

Существующие системы управления уличным освещением населенных пунктов можно классифицировать по критерию способа управления:

– по заданному графику;

– по детерминированным алгоритмам;

Управление уличным освещением по запрограммированному графику. Данный способ управления заключается в управлении по заранее запрограммированному временному графику. Критериями составления графика могут быть данные астрономических наблюдений о времени заката и восхода солнца, световые диаграммы места установки осветительных установок, либо изменение других параметров важных для данной системы. Данный способ управления освещением является самым распространенным.

При управлении по временному графику соответствие нормативной освещенности закладывается на этапе проектирования. Учитывая минимальную гибкость такого управления, подобные системы не являются экономичными в системах уличного освещения.

Такая система учитывает только один определенный фактор, по которому осуществляется управление (по освещенности). Для современных населенных пунктов наличие одного критерия управления недостаточно, кроме того, отсутствует обратная связь, что снижает точность регулирования выходных параметров системы освещения при отклонении внешних факторов от заданных изначально. Поэтому непрерывный мониторинг состояния осветительных установок и их оперативное обслуживание, при выходе из строя в таких системах затруднен.

Основным достоинством такой системы управления является простота ее организации (отсутствие сложных алгоритмов управления), а для дальнейшее расширение осветительной сети возможно за счет увеличение мощности источника питания.

Однако применение данной системы управления уличным освещением может быть целесообразно для небольших сельских поселений из-за своей простоты и невысокой стоимости.

Управление уличным освещением по данным, получаемым с датчиков с помощью заранее определенных (детерминированных) алгоритмов.

В данных системах управления, появляется обратная связь, т. е. поток информации с датчиков (датчики освещенности, датчики движения). Получаемая информация позволяет в режиме on-line контролировать состояние системы освещения, определять соответствие уровня освещенности нормативным значениям, осуществлять мониторинг энергопотребления и работоспособности светильников.

Такой подход к управлению освещением позволяет значительно повысить энергоэффективность системы уличного освещения в целом. установка датчиков тока позволяет проводить мониторинг потребления электроэнергии и определять неисправности элементов системы.

Основным недостатком такой системы управления является их высокая стоимость, однако, первоначальные вложения окупаются за счет значительной экономии электроэнергии.

Интеллектуальные системы управления. Эти системы управления включают все положительные свойства предыдущего вида систем, но управление происходит не по жестко запрограммированным алгоритмам, а при помощи искусственного интеллекта.

В таких системах алгоритмы управления могут быть реализованы с использованием нечеткой логики, нейронных сетей, или других способов управления, при этом сохраняя все преимущества систем с детерминированными алгоритмами.

Анализ существующих систем и научно-технической литературы позволяет выделить следующие критерии классификации систем управления уличным освещением: способ определения режима функционирования; способ связи в системе уличного освещения; количество ступеней иерархии; способ регулирования мощности установок уличного освещения.

Айзенберг, Ю. Б. О стратегии и тактике развития светотехнической промышленности РФ и задаче снижения вдвое энергопотребления на электри-ческое освещение при улучшении условий жизни людей/ Ю. Б. Айзенберг // Светотехника. — 2013. — № 5. — С. 62–69.
Валиуллин, К. Р. Оптимизация параметров элементов сети уличного освещения / К. Р. Валиуллин, Н. Г. Семенова // Электротехнические системы и комплексы. — 2018. — № 3(40). — С. 34–41.

Основные термины (генерируются автоматически): уличное освещение, система управления, система, способ управления, обратная связь, пункт, управление.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УЛИЧНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

обеспечить бесперебойным освещением жилые, общественные и промышленные территории, автотрассы и прочие объекты наземной транспортной инфраструктуры. Под бесперебойным освещением понимают минимальное время от момента выхода ламп из строя до восстановления работоспособности;

обеспечить экономию электроэнергии, затрачиваемой на освещение;

обеспечить минимизацию затрат на техническое обслуживание (главным образом, замену ламп).

Сегодня наиболее распространенны газоразрядные лампы уличного освещения, заполненные парами ртути или натрия. В последнее время наблюдается тенденция перехода на светодиодные излучатели, но в массовом порядке эта технология пока не применяется.

Одним из методов 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 и эффективным и позволяет реализовывать, в том числе, энергосберегающие схемы освещения, учитывать потребность в праздничной иллюминации и т.д.

Экономическая эффективность достигается за счет:

установки пускорегулирующих аппаратов (ПРА) ЭПРАН 150, 250, 400 Вт (экономия электроэнергии до 30% за счет регулирования мощности лампы, двукратное увеличение срока службы ламп);

централизованного контроля технического состояния системы (сокращение эксплуатационных затрат до 30%);

отказа от арендуемых телефонных линий (от приборов УТУ-4М);

обеспечения автоматизированного учета потребленной электроэнергии с выдачей информации на диспетчерский пункт.

антивандального исполнения исполнительных пунктов и наличия охранной сигнализации (сохранение оборудования и проводов от воровства);

При использовании в системе электронной ПРА ЭПРАН, наряду с увеличением ресурса самой лампы, появляется возможность автоматического управления потребляемой ею мощностью, яркостью свечения, адресного управления светильниками (индивидуального или группового), проведения диагностики состояния каждого светильника с привязкой к месту его расположения (карта города).

повышение надежности работы оборудования за счет применения блоков бесконтактной коммутации (симистор) силовых линий;

различные модификации пунктов включения с линейкой коммутируемых токов от 20А до 200А;

модульная структура бесконтактного коммутатора (до 8 модулей);

оперативность централизованного или группового управления объектами наружного освещения;

оперативность контроля и выявления обрывов, короткого замыкания в линиях, дистанционный сброс аварии, звуковая и световая сигнализация в случаях возникновения аварийных ситуаций;

возможность архивирования получаемой информации и действий диспетчера, формирование отчетных журналов;

возможность резервирования канала связи с диспетчерским пунктом.

Система предусматривает контроль следующих параметров линий освещения:

измерение токов и напряжений по трем фазам;

перегрузка по току;

короткое замыкание (КЗ);

межфазное замыкание линий (перехлест).

На первом уровне системы располагается центральный диспетчерский пункт. Автоматизированное рабочее место диспетчера – персональный компьютер с программным обеспечением и аппаратурой связи диспетчерского пункта с объектами.

Дополнительно центральный диспетчерский пункт может быть оборудован стендом состояния уличного освещения, на котором отображается оперативная информация о состоянии линий наружного освещения на фоне карты города.

На втором уровне системы располагаются территориально распределенные исполнительные пункты, предназначенные для автоматизации процесса управления установками наружного освещения электрических сетей и контроля параметров этих сетей с суммарным током потребления до 100 А по каждой фазе. Данные пункты размещаются на опорах уличного освещения или в трансформаторных подстанциях.

Исполнительный пункт представляет собой комплект оборудования, расположенного на единой монтажной панели, контролирующий один участок сети наружного освещения и осуществляющий управление режимами освещения (вечерний, ночной, утренний, дневной) путём раздельной коммутации фаз А, В, С отходящих линий.

Связь с центральным диспетчерским пунктом может осуществляться на базе: радиоканала в диапазоне УКВ; выделенной телефонной линия; сотовой связи; волоконно-оптической линии связи ВОЛС.

На третьем уровне системы расположены электронные ПРА ЭПРАН, предназначенные для зажигания и электропитания натриевых ламп высокого давления типа ДНаТ 150Вт, ДНаТ 250Вт, ДНаТ 400Вт, и устанавливаемые в светильниках уличного освещения.

На оконечных или промежуточных опорах линий наружного освещения устанавливаются устройства контроля целостности линий освещения.

Обмен информацией между первым и вторым уровнями осуществляется по радиоканалу, сети GSM, выделенной телефонной линии, или волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с возможностью резервирования канала связи для обеспечения надежной связи с центральным диспетчерским пунктом.

Обмен между вторым и третьим уровнями осуществляется по существующим силовым проводам линий наружного освещения.

Читайте также: