Интеллектуальные системы освещения в городском пространстве. Использование систем Wi-Fi

Разговор об интеллектуальных системах освещения следует начинать с уточнения: о какого рода интеллектуальности идёт речь. В этом собирательном понятии можно выделить как минимум четыре группы, включающие в себя драйверы, светильники и сетевое оборудование, которые позволяют решать задачи разной сложности:

1. Системы группового управления

Этими условиями могут быть:

• расписание, которое определяет снижение светового потока и потребления электроэнергии в вечерние и ночные часы;
• сигналы датчиков освещённости или присутствия, позволяющие снижать световой поток и потребление электроэнергии, когда хватает естественного освещения или отсутствуют люди;
• команды, посылаемые вручную, когда человек хочет самостоятельно снизить уровень освещённости.

Основной выгодой от добавления такого рода интеллектуальности в систему освещения является, очевидно, экономия электроэнергии. При этом стоимость такой системы оказывается достаточно низкой, т.к. функционал у неё предельно простой. В случае группового управления изменять световой поток можно либо у группы светильников, либо у всех имеющихся в сети светильников сразу. Что не всегда допустимо.

В области внутреннего освещения наиболее простой и популярной сейчас является система группового управления 0-10 В, в которой на специальный вход драйвера или электронного пускорегулирующего аппарата подаётся постоянное напряжение (рис. 1). Величина этого напряжения определяет величину светового потока светильника: 0 В — 0 %, 10 В — 100 %. Аналогичным образом функционирует система управления 1-10 В, только величина управляющего напряжения в 1 В определяет минимально возможный световой поток, а при подаче 0 В на вход управления, светильник выключается.

Рисунок 1. Пример возможной сети с групповым управлением по протоколу 0-10V.

В области уличного освещения наиболее простой и популярной является система снижения светового потока светильников за счёт снижения напряжения питания на линии. В качестве примера можно назвать систему управления «БРИЗ» компании Светосервис ТелеМеханика, «Кулон» компании Сандракс, регуляторы напряжения компании Reverberi. Изначально такие системы были рассчитаны на работу с газоразрядными источниками света и электромагнитными балластами, но с появлением электромагнитных источников питания для полупроводниковых источников света стало возможным применениев составе таких систем управления и светодиодных светильников. Например: GALAD Победа LED, GALAD Омега LED или GALAD Волна LED.

В системах группового управления уличным освещением так же можно встретить датчики освещённости, которые автоматически включают и выключают каждый светильник или линию светильников при наступлении сумерек (рис. 2).

Рисунок 2. Датчик освещённости на газоразрядном светильнике в Нью-Йорке, США.

2. Системы адресного управления

Интеллектуальность стандартного уровня. Такие системы помимо того, что обладают функционалом групповых, позволяют управлять световым потоком отдельно взятого светильника. Зачем это нужно? Рассмотрим, например, автомобильную дорогу с несколькими перекрёстками и пешеходными переходами. В вечерние и ночные часы при интенсивности движения пешеходов менее 40 чел./ч и транспортных средств в обоих направлениях менее 50 ед./ч мы, в соответствие с ГОСТ Р 52766-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Общие требования», имеем возможность снизить на 50% уровень наружного освещения (рис. 3). Но при этом снижение освещенности поверхности проезжей части в местах пешеходных переходов, расположенных в населенных пунктах, стандартом не допускается. И это вполне логично, водитель должен хорошо различать пешеходов в любое время. Да и на перекрёстках снижение светового потока тоже не желательно. В таких условиях групповое управление допустимо только, если светильники на перекрестках и переходах не оборудованы интеллектуальными драйверами и не понимают команд управления, или вообще питаются от отдельной линии. Это может быть неудобно и непрактично с точки зрения монтажа и эксплуатации. В большинстве случаев при возникновении указанных противоречий на такой улице просто не будут вообще снижать световой поток светильников. В то же время адресное управление без проблем позволяет снизить световой поток только там, где это допустимо нормами. В этом и заключается основное преимущество адресного управления в сравнении с групповым: ещё больший потенциал экономии электроэнергии при одинаковой структуре и однородности сети управления освещением.

Рисунок 3. Пример диммирования наружного освещения в ночные часы.

Разумеется, расширение функционала неизбежно приводит к увеличению и сложности и стоимости системы, поэтому уже нельзя сказать, что система адресного управления относится к наиболее бюджетному решению.

Наиболее распространённые системы адресного управления в области внутреннего освещения на данный момент строятся на базе протокола DALI. Этот цифровой протокол изначально был рассчитан на управления электронными балластами люминесцентных ламп и тиристорных диммеров ламп накаливания, но с появлением светодиодных драйверов распространил свой функционал и на них.

Для адресного управления в уличном освещении сейчас применяются различные решения: это и всевозможные системы на базе беспроводных цифровых протоколов радиосвязи типа ZigBee, позволяющих создавать сложную многоячейковую сеть и автоматически перестраивать маршруты передачи сообщений по сети в случае каких-либо неполадок; и высокочастотная коммуникация по линии питания PLC; и системы модуляции амплитуды питающего напряжения типа SEAK. Вариантов много, все они имеют свои плюсы и минусы, назвать какой-то конкретный вариант в качестве наиболее популярного сложно.

3. Системы управления с мониторингом и обратной связью.

Интеллектуальность продвинутого уровня. Вобрав в себя функциональные возможности ранее описанных вариантов, такие системы управления позволяют так же осуществлять контроль состояния светильника и передавать по сети управления информацию о своём состоянии и статистику работы на сервер, удалённый диспетчерский пульт, мобильные терминалы и т.п. (рис. 4).

Зачем это нужно? Если говорить не только о светодиодных светильниках, но и о газоразрядных, то электронный пускорегулирующий аппарат с функцией мониторинга напряжения на лампе позволит заранее определить приближение конца срока службы лампы. К концу срока службы напряжение на лампе значительно возрастает, и если её не заменить, через какое-то время процесс горения может стать нестабильным. Светильник может выйти из строя, войдя в циклический режим перезажигания лампы с длительными паузами, в которых лампа остывает и не светит. Наличие в ЭПРА функции обратной связи позволит передать информацию о грядущем окончании срока службы лампы в обслуживающую организацию. Таким образом, возникает принципиальная возможность заранее выехать к конкретному светильнику и заменить в нём лампу, не допуская выход светильника из строя.

В обычной сети освещения лампы в светильниках меняют планово: проезжает машина с обслуживающим персоналом и осуществляет замену ламп во всех светильниках на линии. При этом часть светильников может быть уже с нерабочими лампами, но чаще всего такую замену делают задолго до окончания срока службы лампы, не допуская выхода светильников из строя. Соответственно, все лампы недоиспользуются. При наличии мониторинга и обратной связи отпадает необходимость в плановой замене. Соответственно, снижаются расходы на обслуживание линии, поскольку лампы могут эксплуатироваться более длительный срок, а для их замены персонал может выезжать к конкретному светильнику, не тратя время на его поиски.

В светодиодных светильниках предсказать заранее выход светильника из строя сложнее, мониторинг состояния светодиодного модуля направлен, скорее, на своевременное выявление аварийных ситуаций и оповещении о выходе из строя, что позволяет оперативно провести ремонт или замену светильника, не допуская длительного перерыва в освещении.

Рисунок 4. Пример системы управления освещением с мониторингом и обратной связью.

Мониторинг может так же включать в себя накопление информации о сроке службы светильника, потребляемой электроэнергии и качестве питающей сети. Обратная связь позволяет получать своевременную информацию о неисправностях в светильнике, получать данные мониторинга, производить удалённую диагностику.

Основным преимуществом по сравнению с уже рассмотренными системами управления освещением является ещё больший потенциал экономии, но уже не только за счёт оптимального снижения потребляемой электроэнергии, а ещё и за счёт снижение расходов на обслуживание и эксплуатацию.

Разумеется, за расширение функционала и сложности приходится платить. Помимо прямого увеличения стоимости самой системы увеличиваются так же и требования к персоналу, который данной системой пользуется. Более квалифицированный персонал обходится дороже.

Стоит так же отметить, что существуют определённые трудности с расчётом экономической выгоды от внедрения таких сложных систем управления освещением: выгода от снижения затрат на эксплуатацию чаще всего менее очевидна, чем экономия электроэнергии.

Примером интеллектуальных систем с мониторингом и обратной связью могут послужить некоторые решения, применяемые и в групповом управлении. Для внутреннего освещения это протокол DALI, в котором заложена возможность реализации обратной связи. От конкретного производителя драйверов и систем управления будет зависеть, реализована данная возможность или нет. В качестве примера системы управления уличным освещением с обратной связью и мониторингом можно привести систему INCITY компании Thorn Lighting.

4. Встраиваемые системы и системы с атипичным функционалом

Наиболее сложные и интеллектуальные системы. Обладая функционалом всех ранее перечисленных систем управления освещением, могут быть встроены в более сложную систему управления. Например, в систему управления зданием, в которую так же могут входить системы отопления, кондиционирования и вентиляции, системы охраны и пожарной сигнализации, системы контроля доступа и пр. (рис. 5).

Рисунок 5. Пример интеграции системы управления освещением на основе протокола DALI в систему управления зданием на основе BACnet протокола.

Как правило, специализированными системами управления оборудуются только очень крупные здания, такие как торговые и офисные центры, гостиницы и пр. Поэтому отличительной особенностью встраиваемых систем управления освещением является масштабность и сложность, большое количество светильников, датчиков и сетевого оборудования.

Чем больше и сложнее система управления освещением, тем полнее может быть раскрыт её потенциал, и тем очевиднее экономия электроэнергии и снижения затрат на обслуживание. Например, если в системе освещения присутствуют автономные светильники аварийного освещения, то функция удалённой проверки работоспособности избавляет от необходимости планового обхода и ручного контроля. Вместо того чтобы тратить несколько дней, обходить всё здание и сотни раз нажимать кнопку «тест» на этих аварийных светильниках, достаточно нажать одну кнопку на клавиатуре в диспетчерской и спустя секунды получить отчёт о работоспособности нужных нам светильников.

Как правило, в качестве встраиваемых систем используются всё те же системы с обратной связью, но к ним добавляется специальное устройство — шлюз протоколов, которое выступает в роли некоего переводчика с языка вышестоящей системы управления на язык системы управления освещением, и в обратную сторону.

К встраиваемым можно так же отнести и системы управления уличным освещением, интегрированные в «Умный город». В этом случае у светильников появляется атипичный функционал. Светильник может являться точкой доступа Wi-Fi (рис. 6), обеспечивающей бесплатный доступ к Интернету всем желающим.

Рисунок 6. Схема расположения светильников с Wi-Fi доступом в сеть Интернет в городе Плэйнвиль, штат Коннектикут, США.

Светильник может быть оборудован камерой видеонаблюдения, данные с которой передаются посредством всё того же Wi-Fi соединения городским органам правопорядка[1]. Светильник может быть оборудован специальным микрофоном и системой распознавания выстрелов огнестрельного оружия[2], для своевременного реагирования на правонарушения. Все эти несвойственные светильнику функции не дают прямой коммерческой выгоды от их внедрения. Выгода здесь может быть только косвенная и на уровне города: снижение уровня преступности, улучшение финансовой привлекательности районов, создание комфортной для жителей среды. Прямая коммерческая выгода от внедрения настолько интеллектуальных систем управления освещением обеспечивается всё теми же функциями, что были перечислены ранее: мониторинг, обратная связь, адресное управление.

Художественное освещение

Рассмотренные группы интеллектуальных систем относятся в первую очередь к освещению улиц, дорог, площадей, внутренней части зданий и прилегающих к ним территорий. Это те области городского пространства, в которых можно добиться определённой экономии, о чём уже было сказано. Но стоит так же отметить и ещё одну область, где интеллектуальность управления освещением существенной экономии не даёт, но, тем не менее, востребована — это архитектурное и художественное освещение. Интеллектуальность здесь позволяет добиться более яркого художественного образа, который к тому же можно гибко настраивать и изменять. Выгода от внедрения в городском пространстве таких интеллектуальных систем возникает косвенная, связанная, опять же, с повышением визуальной привлекательности города и декларированием его финансовой состоятельности. Технически систему управления архитектурным и художественным освещением можно причислить к любой из четырёх описанных ранее групп.

На сегодняшний день управление художественным освещением реализуется в основном с помощью протокола DMX512 и оборудования, которое его поддерживает (рис. 7). Изначально этот протокол разрабатывался для управления концертным оборудованием (диммерами, прожекторами, стробоскопами, дымовыми машинами и т. д.), но функционал и техническая реализация оказались весьма востребованы и в управлении светильниками для архитектурной и художественной подсветки. В случае, когда системе управления требуется обратная связь, используется доработанная версия DMX512 протокола под названием RDM.

Рисунок 7. Внешний вид контроллера БРИЗ-DMX компании Светосервис ТелеМеханика для архитектурно-художественной подсветки.

Управление освещением в России

В то время как в США сейчас наблюдается настоящий светодиодный бум в уличном освещении и сопутствующее ему внедрение самых передовых и сложных интеллектуальных систем, в России и СНГ в уличном освещении по-прежнему остаётся востребованным наиболее бюджетное и эффективное групповое управление, с базовым уровнем интеллектуальности.

Интеллектуальное управление наружным освещением базового уровня реализовано во многих крупных городах России. Так, например, АСУО «БРИЗ» компании Светосервис ТелеМеханика успешно применяется на значимых, крупных объектах, автомагистралях, тоннелях, мостах и в составе систем управления освещением в Москве и Московской области, Санкт-Петербурге, Пскове, Ярославле, Североуральске, Барнауле, Новосибирске, Алматы, Бишкеке.

Эта система управления также с успехом применяется на объектах архитектурно-художественного освещения. В качестве примера реализованных в одной лишь Москве объектов можно привести: памятник Ю.А.Гагарину, Третьяковскую галерею, Патриарший пешеходный мост, Донской монастырь, памятник крестителю Руси святому равноапостольному князю Владимиру, здание на ул. Б. Никитская, 55/52, с.1 (рис. 8); здание в Петровский пер., 6, с.1 (рис. 9). В городе Мытищи АСУО «БРИЗ» применяется для управления освещением городской администрации (рис. 10).

Рисунок 8. Пример реализации системы управления архитектурной подсветкой на ул. Большая Никитская, Москва.

Рисунок 9. Пример реализации архитектурной подсветки здания в Петровском переулке, Москва.

Рисунок 10. Пример реализации управления освещением здания администрации города Мытищи.

Ссылки:

1. «D.C. Plans Streetlights That Save Money, Offer Wi-Fi, Help With Parking» http://www.nbcwashington.com/news/tech/DC-Smart-Streetlights-Save-Money-Wi-Fi-Help-Parking-Smart-Trash-Cans-397648271.html
2. «Dover officials eye need for ‘ShotSpotter’ technology in battling crime» http://delawarestatenews.net/news/dover-officials-eye-need-shotspotter-technology-battling-crime/