Admin

Беспроводное управление освещением и электрооборудованием

ИЛЬИН Сергей Петрович, ОАО «РЖД», Московский центр инновационного развития, начальник центра, Москва, Россия
КИРИЛОВ Виктор Дмитриевич, ОАО «РЖД», Московский центр инновационного развития, технолог, Москва, Россия
САКЛАКОВА Арина Владимировна, ОАО «РЖД», Московский центр инновационного развития, эксперт, Москва, Россия

Ключевые слова: беспроводные электронные технологии, интеллектуальная система, управление освещением, уровень яркости, электроприбор
Аннотация. В статье рассматриваются перспективы применения беспроводного интеллектуального управления освещением и электрооборудованием. Предложен вариант использования программно-аппаратного комплекса Control-R для освещения железнодорожных станций и пассажирских платформ, приведены его основные характеристики. ПАК позволяет получать информацию о текущем состоянии окружающей обстановки в режиме онлайн, проверять ее на соответствие заданным параметрам и автоматически генерировать команды управления освещением и электроприборами.

Для поиска, отбора, внедрения высокотехнологичных проектов и повышения эффективности деятельности подразделений ОАО «РЖД» в 2022 г. на Московской дороге создан Московский центр инновационного развития. Он осуществляет интеграцию результатов инновационной деятельности в бизнес-процессы холдинга. В настоящее время центр налаживает взаимодействие с субъектами РФ и инновационными площадками с целью заключения соглашений о сотрудничестве и определения перспективных направлений совместной работы. С учетом приоритетных направлений научно-технологического и инновационного развития компании сформирован перечень запросов на инновации 2023 г., состоящий из 51 актуальной потребности.
Сегодня все чаще на предприятиях промышленного и государственного секторов внедряются энергосберегающие технологии. При этом технологии, которые применялись ранее, теряют свою актуальность. Например, популярный в последние несколько лет способ энергосбережения с использованием «умных» светильников основан на анализе текущей обстановки, путем получения информации с конечных устройств ручного браслета, терминала и др.
В качестве автоматизации данных технологий применяется облачный сервер, к которому через Wi-Fi или мобильную сеть подключается маршрутизатор, терминал, планшет или компьютер пользователя. Через интерфейс ввода настроек и сконфигурированных библиотек, хранящихся на облачном сервере, происходит сбор, опрос конечных устройств и генерация команд для управляемых источников света. Маршрутизация между конечными устройствами происходит на основе беспроводных технологий малого радиуса (Bluetooth, IrDA, UWB, RFID).


Недостатками такого способа являются отсутствие гибкости и надежности в автоматизации управления, невозможность управления светильниками в промышленной и уличной среде.
Вместе с тем существуют технологии по разработке светильников с интеллектуальной светодиодной системой освещения (ИССО), основанной на светодиодных светильниках.
Взаимодействие между модулями ИССО и светильниками интеллектуальной светодиодной системы освещения основано на блоках декодирования управляющих команд и на микропроцессорных контроллерах с возможностью алгоритмической обработки сигналов управления, формирования управляющих импульсов и ретрансляции их по силовой сети 220 В. Маршрутизация данных команд (информации) осуществляется через проводной интерфейс RS-485 и по беспроводному радиоканалу единого протокола.
Однако такие системы освещения недостаточно надежны при работе, обладают примитивной автоматизацией, ограничены в возможностях применения при уличном/магистральном освещении.
В связи с этим в 2017 г. началась разработка программно-аппаратного комплекса Control-R, а в 2021 г. Федеральная служба по интеллектуальной собственности выдала патент на изобретение способа беспроводного интеллектуального управления освещением, электроприборами и интеллектуальными системами [1].
ПАК Control-R - это универсальная беспроводная интеллектуальная система управления освещением и электроприборами нагрузкой до 1,5 кВт, а также интеллектуальными системами, работающими по собственному (проприетарному) беспроводному протоколу RF ПП.
Предлагаемый способ управления включает в себя получение данных о состоянии текущей окружающей обстановки; анализ и оценку полученных данных на соответствие заданным параметрам требуемого состояния; генерирование команд управления и их отправку специальным контроллерам с целью создания уровня яркости светильников, поддержания нужного состояния электроприборов и интеллектуальных систем.
Стоит отметить, что сбор, хранение и обработка данных происходит на независимом компьютере, выполняющем функции сервера и координатора (инициатора) беспроводной сети. На него поступает информация о состоянии окружающей обстановки, содержащая данные об интенсивности движения объекта (человека, автомобиля), температуре окружающей среды, освещенности объекта, времени, запуске пожарной сигнализации.

Управление и настройка модулей электронных аппаратов и программных модулей комплекса осуществляется дистанционно по беспроводному радиоканалу в диапазоне частот 860-960 МГц по протоколу RF ПП, обеспечивающему маршрутизацию данных и команд между аппаратами и электроприборами; через Интернет по беспроводному радиоканалу на частоте 2,4 ГГц (Wi-Fi) или по протоколу TCP/IP LAN Ethernet, используя беспроводной радиоканал в диапазоне 860-960 МГц по протоколу RF ПП.
При этом для организации беспроводной сети используются два вида топологии: «Активная звезда» и «MESH-сеть».
Топология «Активная звезда», при которой в центре сети находится сервер (координатор, коммутатор), получающий и раздающий пакеты данных конечным контроллерам, электроприборам как всем одновременно, так и отдельно на каждый, не соблю-дая/меняя приоритетность, представлена на рис. 1, а. Топология «MESH-сеть» показана на рис. 1, б. Здесь настройку и координацию работы сети выполняет сервер (координатор), а пакеты данных передаются напрямую между конечными контроллерами и электроприборами по принципу «каждый с каждым», выполняя функции коммутатора и предоставляя широкий выбор маршрута трафика до сервера. На рисунке приняты следующие обозначения: К -контроллер, М - мультисенсор, Э - электроприбор, Л - светодиодный светильник с контроллером, В -IP-видеокамера, Д - датчик с сухим контактом.
Программно-аппаратный комплекс Control-R состоит из координатора с функциями сервера и агрегатора данных; радиоконтроллера для управления светильниками, электроприборами и возможностью измерения потребляемой мощности; мультисенсора с возможностью подключения датчиков с сухим контактом.
Радиоконтроллер для дистанционного управления освещением и электрооборудованием программно активируется по принципу «plug&play», также существует возможность физического подключения данного устройства. Подключение входа 220 В и выхода на электропитание светильника происходит по проводам или коннекторам, а управляющие провода подключаются напрямую в зависимости от имеющегося типа управления у драйвера светильника [2].
Благодаря технологии «Control-R», практически каждый светодиодный светильник можно сделать «умным». Для этого необходимо подключить радиоконтроллер к драйверу любым доступным способом, либо напрямую к управляемым драйверам. Одно из важных требований: драйвер должен иметь входы управления 0-10 В, DALI или ШИМ. Ведутся разработки для крепления контроллера через разъем стандарта Nema, а также в области радиоуправляемого драйвера.
Кроме того, программно-аппаратный комплекс позволяет энергоэффективно использовать потребляемую мощность. Это осуществляется путем диммирования яркости светильников, прореживания группового освещения, применения гибридного освещения, включения/выключения светильников по расписанию, а также включения/выключения светильников по календарю и выполнения секторального освещения.
Среди преимуществ технологии можно отметить такие как:

• управление интеллектуальными системами без затрат времени на ручную программную и техническую настройку;
• присвоение ID-адреса конечным устройствам имеют уникальную структуру и свойство закрепляться только за одним сервером (координатором), что исключает сетевые коллизии и потери в сети;
• осуществление одновременного дистанционного и визуального контроля и управления;
• заданные требования по освещенности в люксах поддерживаются в автоматическом режиме, а регулирование яркостью светильников происходит на основе одновременного анализа/оценки сразу двух параметров: интенсивности движения и уровня освещенности;
• для контроля потребления электроэнергии нет необходимости в установке дополнительного оборудования, данные транслируются на сервер и отображаются в приложении на компьютере клиента в виде графика потребления электроэнергии;
• способность работать в системе беспроводного управления интеллектуальным системами (пожаротушения, охранными, отопления и др.), выполняя все требования по безопасности и энергосбережению.

Организация беспроводной сети Control-R по топологии «Активная звезда» в закрытой локальной сети с использованием Ethernet для ОАО «РЖД» приведена на рис. 2.



При проведении анализа и сбора статистических данных по интенсивности освещения железнодорожных платформ на Московской дороге были выявлены несоответствия. В одном случае пассажирские платформы освещены неравномерно, а точечные светильники или группы светильников неисправны. Как следствие происходит нарушение показателей освещенности по требованиям. В другом - пассажирские платформы освещены равномерно, группы светильников работают, но показатели освещенности завышены в 30 раз от минимального значения, что приводит к увеличению затрат на электропотребление и уменьшению сроков эксплуатации установленного светового оборудования.
Стоит отметить, что в настоящее время отсутствует автоматизированный мониторинг вышедшего из строя светового оборудования, поэтому замена устройств происходит со значительной задержкой времени. Кроме того, в период ночных технологических окон при отсутствии поездов с 1 ч 30 мин до 4 ч 30 мин пассажирские платформы нерационально используют потребление электроэнергии.
Управление электроприборами на пассажирских платформах без Control-R и с его применением представлено на рис. 3, а и рис. 3, б, соответственно. Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая технология заключается в автоматизации и повышении удобства управления системами освещения, электроприборами и интеллектуальными системами энергосбережения и безопасности, экономии электроэнергии до 80 %, а также расширении функциональных возможностей.

СПИСОК источников

1. Пат. № 2752423 РФ Н02В 47/105. Способ беспроводного интеллектуального управления освещением, электроприборами и интеллектуальными системами и программно-аппаратный комплекс Control-R для его осуществления / А.П. Кирилов, Д.А. Ермаков; патентообладатели Д.А. Макаревич, К.В. Иванилов, А.П. Кирилов, Д.А. Ермаков. № 2019143851; заявл. 25.12.2019; опубл. 28.07.2021; Бюл. № 22.
2. Пат. № 2730928 РФ Н05В 47/10. Радиоконтроллер для беспроводного управления светильниками и электрооборудованием / авторы и патентообладатели Д.А. Макаревич, К.В. Иванилов, А.П. Кирилов, Д.А. Ермаков. № 2020109359; заявл. 03.03.2020; опубл. 26.08.2020; Бюл. № 24.