Oświetlenie i Sterowanie

Inteligentne sterowanie oświetleniem ulicznym staje się coraz bardziej popularne dzięki możliwością przesyłania informacji dla sterowników oświetleniowych poprzez typową sieć zasilającą 230V. Oświetlenie uliczne wyposażone w inteligentne elementy sterujące potrafi automatycznie dopasowywać się do potrzeb użytkowników drogi, dzięki czemu możliwe są oszczędności energii nawet do 50%.

Rozwój regulowanych osprzętów dla lamp wysokoprężnych (HID) umożliwił regulację strumienia świetlnego w oprawach ulicznych. Możliwość zmiany strumienia w czasie to doskonała sposobność do oszczędności, należy jednak pamiętać o bezpieczeństwie użytkowników dróg, które można osiągnąć poprzez stosowanie systemów zarządzających zmianami luminancji drogi. Nowoczesne układy regulujące dla lamp HID charakteryzują się możliwością obniżania strumienia świetlnego z prawie proporcjonalną zmianą pobieranej mocy (patrz ilustracja poniżej) . Dotychczasowe rozwiązania, m.in. dławiki z możliwością zmiany odczepów, oferowały przy 60% poziomie obniżenia strumienia jedynie 40% obniżenie mocy. Z parametrami dla stateczników HID Philips DynaVision (DV) można zapoznać się w naszym katalogu produktów.

Zastosowanie stateczników DV eliminuje konieczność stosowania standardowych elementów układu stabilizacyjno-zapłonowego, tzn. balastu i zapłonnika. Schemat połączeń dla układu DV przedstawiono na ilustracji poniżej.

Kolejnym problem, który hamował rozwój systemów inteligentnego sterowania oświetlenia ulicznego, związany był ze sposobem przekazywania informacji dla sterowników oświetleniowych umieszczonych w oprawach oświetleniowych. Stosowanie dodatkowych przewodów komunikacyjnych (głównie dla RS485) znacząco ograniczało możliwość zastosowania systemu w modernizowanych sieciach oświetleniowych. Koszty dokładania nowych przewodów dla modernizowanego oświetlenia były zbyt duże aby uzyskać odpowiednie poziomy opłacalności inwestycji. Również stosowanie komunikacji radiowej nie zdaje egzaminu w tego typu aplikacjach – wymagana byłaby zbyt duża ilość nadajników radiowych, które przy dużej ilości punktów (każda oprawa posiada własny sterownik) praktycznie jest niemożliwa do zrealizowania. Dopiero najnowsze transceivery komunikacji poprzez sieć zasilającą firmy Echelon - PL31xx okazują się być idealnym rozwiązaniem dla tego typu aplikacji. Dotychczasowe urządzenia LonWorks składały się z oddzielnych układów Neuron Chip i procesorów do cyfrowej i analogowej obróbki sygnałów (DSP IC, Analog IC). Układy PL 31xx, nazywany inteligentnym transceiverem, integrują w sobie wszystkie ww. funkcje. W skład układów PL 31Xx wchodzą:

• Rdzeń Neuron® Core, który składa się z 3 procesorów: procesor sieciowy, aplikacyjny i MAC (Media Access Control)
  
• Pamięci dla: programów aplikacyjnych, zarządzania sieciowego, protokołu ANSI-709.1, unikalnego 48 bitowego adresu Neuron ID
  
• Transceiver do komunikacji poprzez sieć zasilającą, który jest kompatybilny z poprzednimi układami PLT-20/21/22 Transmisja danych z wykorzystaniem sieci zasilającej zgodna jest z regulacjami europejskimi CENELEC EN50065.
  

Zawarty w układach procesor DSP umożliwia korekcję zakłóceń sieciowych – układ odporny jest na typowe zakłócenia sieciowe, które mogą być występować w sieciach zasilających. Układy PL31xx „nakładają” na sieć zasilającą sygnał sterujący na częstotliwości 115 lub 132 kHz (patrz ilustracja poniżej).

Urządzenia oparte na układach PL 31xx mogą być konfigurowane za pomocą typowych narzędzi konfiguracyjnych LonWorks, za pośrednictwem interfejsów sieciowych, np. Echelon USB/PL. System sterowania oświetleniem ulicznym oparty na układach PL31xx opiera się na współpracy poszczególnych sterowników opraw oświetleniowych z centralnym systemem informacyjnym. System informacyjny dostarcza dane wejściowe (zegary systemowe, stacje meteorologiczne, systemy kamer drogowych, komputery konfigurujące, systemy alarmowe itp.), na podstawie których dobierany jest optymalny poziom oświetlenia drogowego. Stosowanie platformy LonWorks z inteligentnymi sterownikami zapewnia dużą pewność działania i odporność na ewentualne awarie poszczególnych elementów sieci. Brak sygnałów komunikacyjnych od centralnego systemu zarządzającego, lub awarie sterowników segmentowych nie są już obarczone zagrożeniem wyłączenia opraw oświetleniowych. System automatycznie lokalizuje miejsce awarii i przeprowadza konfigurację awaryjną. Jednocześnie rozesłane zostają informacje o uszkodzonych komponentach sieciowych do obsługi systemu (email, sms). Przykładowa architektura systemu została przedstawiona na ilustracji poniżej.

Sterowniki OLC montowane są w słupach oświetleniowych lub w korpusie oprawy i posiadają następującą cechy użytkowe:

• Praca w sieci LonWorks za pośrednictwem transceiverów 230V
• Transmisja zgodna ze standardem CENELEC
• Pomiar mocy zużywanej przez oprawę
• Monitorowanie stanu pracy oprawy i sygnalizacja uszkodzeń (z rozróżnieniem typu awarii: sterownik, osprzęt lub źródło światła)
• Wyjście regulacyjne dla stateczników DynaVision ( 1-10V, DALI)
• Licznik czasu pracy lampy (pozwala to określić stopień zużycia lampy)

Przykładowe wyposażenie oprawy oświetleniowej z układem sterującym HID DynaVision i sterownikiem OLC przedstawiono na ilustracji poniżej.

Sterowniki OLC poprzez sieć zasilającą komunikują się ze sterownikami strefowymi (SC), które instalowane są w rozdzielnicach elektrycznych zasilających poszczególne segmenty oświetlenia ulicznego. W zależności od możliwości komunikacyjnych, sterowniki strefowe komunikują się z centralną dyspozytornią za pomocą łącza GPRS lub światłowodu. Podstawowe cechy użytkowe sterowników strefowych to:

• Analiza informacji ze sterowników OLC i generowanie alarmów
• Generowanie trybów pracy awaryjnej (w przypadku utraty komunikacji z centralą)
• Komunikacja z centralną dyspozytornią poprzez modem GPRS lub łącze światłowodowe (jeżeli jest ułożona linia światłowodowa do centralnej dyspozytorni)
• Wysyłanie rozkazów załączenia/wyłączenia oraz redukcji
• Zegar astronomiczny umożliwiający zarządzaniem czasami załączeń
• Analiza informacji z zewnętrznych źródeł danych (warunki pogodowe, kamery, itp.)

Przykładową rozdzielnicę oświetleniową (projekt autostrady A16 w Holandii) przedstawiono na ilustracji poniżej.

Poprzez indywidualny dostęp do każdej zainstalowanej oprawy oświetleniowej uzyskujemy zupełnie nowy standard oświetlenia ulicznego, którym w zależności od informacji uzyskiwanych z zewnętrznych serwisów możemy dopasowywać się do bieżących potrzeb użytkowników drogi. Parametry oświetlenia można zmieniać w zależności od sygnałów stacji pogodowych, drogowej sygnalizacji świetlnej, kamer drogowych, pomiarów natężenia ruchu, zegarów systemowych itp. Na ilustracji poniżej przedstawiono graficzny interfejs użytkownika zastosowany w zrealizowanym projekcie sterowania oświetlenia w Oslo.

Dodatkowo istnieje możliwość wprowadzenia nadzoru eksploatacyjnego: rejestrację czasów eksploatacji źródeł światła, poboru energii, rejestrację awarii i napraw. Właściwości lamp wyładowczych umożliwiają również przewidywanie awarii na podstawie wskazań pomiarów prądu i napięcia na źródle i balaście. Serwis zarządzający autostradą podczas planowania prac konserwacyjnych może uwzględniać nie tylko wymianę uszkodzonych źródeł, ale również tych, które wykazują oznaki uszkodzenia i prawdopodobnie w najbliższej przyszłości przestaną całkowicie funkcjonować. Na ilustracji poniżej przedstawiono okno systemu nadzorującego odpowiedzialne za ustawienia parametrów lampy.

W istniejących na świecie instalacjach uzyskano około 50% oszczędności związanych z pracami eksploatacyjnymi dla systemu oświetleniowego i około 30% mniejsze zużycie energii elektrycznej.