Автоматизоване керування міським освітленням

Те, що раніше здавалося плодом уяви письменників-фантастів, сьогодні дедалі більше наближається до реальності. Концепція розвитку «Розумних міст» як похідних від Розумного дому з кожним роком лише збільшує популярність. При цьому багато що бачиться не у якійсь далекій перспективі, а вже існує та продовжує розвиватися. Сьогодні ми поговоримо про те, що являють собою системи управління освітленням у містах, побудовані на сучасній автоматиці.

Для початку слід зрозуміти, що існуючі платформи моніторингу та управління освітленням вулиць у містах не обмежуються одними лише ліхтарними стовпами. Вони прив'язані до великої інфраструктури, тому охоплюють набагато більший спектр комунально-господарських питань. Просто увімкненням-вимкненням світла за графіком або відповідно до навколишнього освітлення вже нікого не здивуєш. Нинішні системи допомагають відстежувати справність різних електронних вузлів, знижують витрати на обслуговування інфраструктури, оптимізують енергоспоживання окремих модулів чи приладів.

Сутність концепції автоматизованого освітлення вулиць

У сучасному світі освітлення громадських просторів у темний час доби є однією з найбільш витратних статей місцевих бюджетів. Звичайно, промисловість загалом споживає більше електроенергії, але саме на освітлювальні цілі у заводів та фабрик йде не настільки великий відсоток загального обсягу. З появою світлодіодних світильників сукупні витрати на освітлення суттєво зменшилися, але це не означає, що межа оптимізації енергоспоживання вже досягнута – нам ще є до чого прагнути.

У міському господарстві сьогодні домінують LED-вироби та натрієві лампи другого чи третього покоління. В останніх чималі потужності, але їх не замінюють через те, що багато моделей ще не встигли виробити паспортний термін. При цьому, незалежно від конструктивного виконання, завдання та проблеми у світлоприладів різних типів однакові. З одного боку, необхідно забезпечити хороший світловий потік та довговічність служби, а з іншого – підвищити контроль за роботою, зменшити загальні витрати на електроенергію та убезпечити прилади від дій вандалів.

Очевидно, що яскравість світильників та тривалість їхньої служби повністю визначаються конструкційним типом та сировинними матеріалами. При приблизно рівному світловому потоці світлодіоди багаторазово перевершують усі інші типи за середнім часом роботи, тому їх називають найбільш перспективним засобом освітлення для міст. Як відомо, і енергоефективність такого рішення вища за будь-які похвали, тому залишається лише вирішити питання автоматизації та захисту від фізичних впливів.

Управління освітленням сьогодні вирішується за допомогою широкого спектра електронних модулів. Вони можуть просто забезпечувати замикання та розмикання ланцюга, контролювати роботу світлоприладів за допомогою різних датчиків та реле, реалізувати більш складні механізми завдяки спеціальним мікроконтролерам. Окрім того, існують комплексні освітлювальні установки для застосування на вулицях, які включають в себе і сонячні панелі, і акумулятори для зберігання енергії, і цілі комплекси інтелектуального моніторингу. Основним недоліком існуючих систем називають їхню роз'єднаність – надмірну автономність модулів. Хоча вони виконують свої функції, такі прилади не є частиною однієї системи з централізованим управлінням, а тому не можуть з достатньою ефективністю контролюватись ані людиною, ані системами високого рівня. Фахівці бачать перший крок саме у тому, щоб зробити мережі автоматизації вуличного освітлення загальними, здатними підтримувати управління з єдиного сервер-центру – хоча б у вигляді кластерів (по районах, вулицях, кварталах тощо).

Усю взаємодію з освітлювальними установками необхідно організувати таким чином, щоб автоматичне та оперативне керування доповнювали одне одного без суперечностей. Автоматика може узяти на себе найбільш рутинні завдання: відстеження «ритму життя міста», збирання даних та ведення статистики, управління у попередньо встановлених режимах. До того ж функціоналу увійде увімкнення за графіком, з урахуванням погоди, часу доби, особливостей рельєфу та специфіки частини міста, у якій працюють прилади освітлення. У свою чергу оперативне управління здійснюватиметься персоналом, який підключається виключно за необхідності для вирішення суперечливих ситуацій. Ручний режим завжди повинен реалізовуватися так, щоб у моменти аварій, позаштатних ситуацій або при виході модулів автоматики з ладу могла втрутитися людина.

Важливо ще раз згадати, що до терміну «міське освітлення» входять не тільки самі світильники – це ціла мережа приладів та пристроїв, цілісна інфраструктура, у якій важливою є кожна ланка. Тому, окрім контролю за положенням контакту, який забезпечує подачу струму до освітлювальних модулів, надійна система управління міським освітленням (СУМО) повинна також включати:

• моніторинг стану мережі живлення (у тому числі, цілісності кабелів та дротів на ділянках);
• контроль справності комутаційної апаратури;
• контроль справності захисного обладнання;
• контроль справності сигналізації у вузлових точках мережі;
• засоби фіксації показників роботи (лічильники споживання енергії, реєстрації миттєвої потужності та ін.).

Уся інформація, зібрана приладами з наведених вище груп категорій, збирається до єдиної бази даних, що дозволяє формувати звіти різного ступеня деталізації.

Цілі впровадження СУМО

Багато хто вважає, що подібні системи потрібні тільки для поліпшення контролю над ситуацією та якоїсь ефемерної економії. Проте практично кожну з цих категорій можна деталізувати у вигляді цілого списку корисних функцій. Усього ж концепція СУМО передбачає корисні ефекти у вигляді:

• зниження енергоспоживання за рахунок оптимізації циклів роботи обладнання та часу початку/кінця періоду експлуатації;
• скорочення ремонтно-експлуатаційних витрат завдяки чіткій поінформованості про стан кожного модуля навіть із віддаленого диспетчерського пункту;
• підвищення безпеки пішоходів та водіїв транспортних засобів за рахунок підтримки освітлювальних приладів у справному стані;
• покращення екологічної ситуації завдяки тому, що у нових типах ламп та ліхтарів застосовуються матеріали, які не шкодять довкіллю, а контроль проводиться без виїзду техніки на місце;
• поліпшення міської естетики за рахунок застосування пристроїв, які мають лаконічне виконання.

Одні з найбільш нових систем управління вуличними світильниками бувають оснащені GSM-модулями для підтримки зв'язку на відстані. У першому наближенні можна сказати, що вони працюють як мобільні телефони, використовуючи ті самі канали зв'язку. Таким чином, передача усіх сигналів з керуючим впливом здійснюється за допомогою вже існуючої інфраструктури та не вимагає окремих вкладень. У залежності від типу та призначення освітлювальних установок, мікроконтролери можуть знаходитися у кожному пристрої або бути прив'язаними до невеликої групи. Мікросхеми мають мізерну споживану потужність та можуть обробляти інформацію, яка надходить одразу з кількох датчиків різних підсистем.

Ще однією важливою перевагою сучасних СУМО такого типу є їхня готовність до розширення та масштабування. Якщо з часом потрібно буде розширити функціонал або об'єднати декілька окремих елементів у один, гнучкість програмного забезпечення та набір інтерфейсів підключення дозволять зробити це якомога простіше. Завантаження програм та їхнє оновлення також можуть відбуватися дистанційно, без безпосередньої присутності персоналу біля шаф керування та мультимедійних щитів.

До єдиної системи має сенс включити не тільки засоби освітлення та збору технічної інформації, але й обладнання, яке взаємодіє з людиною. Насамперед, сюди відносяться комплекси диспетчеризації та мережі керування транспортними потоками – світлофори, відеофіксація дорожнього потоку, перевірка працездатності вузлів передачі даних. Тісний зв'язок між цими елементами забезпечує найкращі показники ефективності роботи дорожніх служб.

Фінансово-економічні результати впровадження СУМО аналізуються окремо. До них можна віднести:

• виключення людського фактору при управлінні освітленням проїжджих частин, світлофорів та пішохідних тротуарів (а, отже, й відсутністю необхідності у найманні персоналу з певною зарплатнею);
• чіткість дотримання режиму увімкнення та вимкнення світла відповідно до астрономічного часу або освітленості (прилади ніколи не працюватимуть вхолосту, даремно використовуючи енергію);
• виключення регулярних перевірок та профілактики обладнання з виїздом бригади (через наявність зворотного зв'язку);
• швидка реакція на події та аварії, що дозволяє знизити потенційні фінансові збитки;
• можливість завдання різних графіків роботи обладнання за районами (центр міста, периферія, другорядні дороги);
• можливість дистанційного зняття показань з приладів обліку;
• можливість автоматично виявляти несанкціоновані підключення до міської електромережі.

Майбутнє вже настало?

Напевно, багатьох читачів цікавить, чи багато міст у світі вже встигли впровадити подібні комплекси. Відповідь буде простою: у глобальних масштабах – їх ще не дуже багато, але з погляду швидкості переходу на СУМО сучасного типу – темпи дуже високі. Особливо динамічно у цьому показують себе скандинавські країни, Західна Європа, Канада та деякі штати США. Примітно, що системи простіше впроваджувати не у мегаполісах, а у містах із порівняно невеликою чисельністю населення – від 25-50 до 300-400 тисяч жителів. За належного фінансування у них банально менше територія, яку потрібно модернізувати, а тому й вищі шанси якнайшвидше перейти на нову модель управління.

Для багатьох прозвучить несподівано, проте автоматизація міського освітлення тяжіє до так званого «Інтернету речей» (Internet of Things, IoT), а не до промислової автоматики. Алгоритми нашого часу набагато складніші, вони здатні підтримувати інтеграцію з різнорідними сервісами та можуть запропонувати користувачам навіть той функціонал, який не закладений у їх програми. Люди з переносними гаджетами самі впливають на систему, розвивають та ускладнюють її, впливають на те, яким шляхом йде розвиток інтелектуальних технологій. Фахівці прогнозують, що незабаром до СУГО входитимуть також способи взаємодії з міським електротранспортом, з інтерактивною рекламою, зі способами оплати проїзду, засобами інформування населення та іншими видами мультимедійних активностей.

Інтернет речей за термін менш, ніж у 10 років, зумів пройти шлях від управління люстрами у власному будинку за допомогою пульта ДК до повноцінного голосового асистента. На сьогоднішній день залишається порівняно невелика технологічна прогалина між тим, що вже придумано, але ще не реалізовано. Так само, як розумні розетки у будинках спочатку потребували правильного монтажу та підключення, сьогодні того ж вимагають прилади зовнішнього освітлення та сполучена інфраструктура. Частина програмного забезпечення, яке зможе пов'язати усе докупи, вже розроблена, тому основним завданням буде його адаптація під конкретні завдання, а також забезпечення стійкості дротового та бездротового з'єднання з серверами управління у командних центрах.

Сучасні містобудівні ідеї спрямовані на те, щоб від самого початку створювати населені пункти, дотримуючись концепцій Розумного міста. Це аж ніяк не призведе до дорожчання робіт, проте дозволить вже у недалекому майбутньому пожинати плоди раціонального планування.