Проектирование телекомуникационных средств для АСУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ АСУ НАРУЖНЫМ УЛИЧНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
Сыцевич С.Н.
(Кабардино-Балкарский Государственный Университет)
Краткая аннотация
This work is dedicated to construction of a communication facility of the lower level of a
management information system by outside street illumination on the basis of PLC-modems allowing
to operate by work of lamps on a distance on transmission lines 0,4kV, used for their power supply.
Worked out means will allow to reduce the general charge of the electric power and material
expenditure to construction new transmission lines for outside street illumination.
В настоящее время в АСУ ЖКХ для организации уличного освещения все больше
находят применение электронные пуско-регулирующие аппараты( в дальнейшем ЭПРА),
позволяющие перейти на новый технологический уровень ресурсосберегающих технологий.
Работа посвящена одному из этих уровней. Внедрение новой технологии позволит
снизить потребление электрической энергии, централизованно управлять наружным уличным
освещением районов различных городов, в том числе мегаполисов, задавать различные
режимы работы светильников, дистанционно контролировать состояние осветительной
аппаратуры.
Область применения
Автоматизированная Система Управления Наружным Освещением Уличным (в
дальнейшем-АСУ НОУ) применяется для организации уличного освещения на базе новой
ресурсосберегающей технологии, основу которой составляют устройства связи с объектом.
Устройства связи с объектом (в дальнейшем - УСО) предназначены для обеспечения
обмена данными по ЛЭП 0,4 кВ трансформаторных подстанций (в дальнейшем - ТП),
используемых в т. ч. для наружного освещения, как правило уличного, с ЭПРА,
установленными в аппаратных отсеках светильников.
УСО устанавливается как правило на ТП и на объектах управления, в качестве которых
могут выступать ЭПРА светильников уличного освещения, и может использоваться
совместно с терминалами, работающими по стыку RS-232. В качестве терминала могут
применяться:
1) персональный компьютер;
2) контролируемый пункт (КП) системы телемеханики;
3) радиостанция с радиомодемом;
4) модемный терминал, работающий по каналам GPRS.
Схема подключения УСО приведена на рис. 1
Поскольку силовые линии были спроектированы исключительно для доставки
электроэнергии к светильникам, технология связи, используемая в этой среде, должна
справляться с ее характерными особенностями:
1. изменение импеданса;
2. спектральные искажения;
3. пульсации и скачки;
4. узкополосная и гармоническая интерференция;
5. сигналы, генерируемые подключенным и неподключенным оборудованием;
6. ослабление, вызванное физической длиной канала связи.
Рис. 1. Схема подключения УСО
Наиболее подходящей технологией связи, в данном случае, является SS (Spread
Spectrum - частотная манипуляция с растяжением спектра). Размазывание данных по всему
спектру делает передаваемый бинарный код более устойчивым к шумам и помехам.
Технология манипуляции SS сложная, требует применения дополнительных
цифровых фильтров и механизмов коррекции ошибок, но при этом возрастает надежность
связи.
В Европе разработан стандарт CENELEC EN500065-1, который определяет полосу
частот для передачи данных в цепях с низким напряжением. Существует 4 полосы частот,
которые расположены в диапазоне от 3 до 148,5кГц.
Мы в УСО используем полосу А, предназначенную для устройств измерения.
В качестве основной элементной базы для построения УСО используем
микроконтроллер с интегрированным PLC-модемом типа M16C/6S (Renesas Technology
Corp.). Основу этого контроллера составляет PLC- модем IT800, фирмы Yitran
Communications, в котором, чтобы подавлять искажения, использованы технологии DCSK
(Differential Code Shift Keying – частотная манипуляция с растяжением спектра) и DLL (Data
Link Layer – уровень управления передачей данных). Эти технологии позволяют получить
устойчивую связь через существующие ЛЭП 0,4кВ со скоростью до 7,5 кбит/с.
Структурная схема УСО представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема УСО
Как правило, ЛЭП 0,4кВ, используемые для наружного уличного освещения, имеют
древовидную структуру и могут быть представлены на рис. 3, где показан пример системы
нумерации светильников подключенных к одному фидеру трансформаторной подстанции.
Разработанные УСО позволяют работать на прямых участках ЛЭП 0,4кВ на
расстояние до 1000м. В том случае, если по каким-либо причинам УСО не может связаться с
объектом, находящимся в конце линии связи или в конце одного из плеч, УСО передает
управление одному из периферийных УСО; этим достигается увеличение расстояния от
трансформаторной подстанции до удаленного объекта управления.
Рис. 3. Система нумерации светильников подключенных к одному фидеру
трансформаторной подстанции
Программное обеспечение всех УСО системы одинаково и может, в случае
необходимости, перезагружаться из центра управления системой.
Применение УСО в АСУ НОУ позволяет управлять наружным уличным освещением,
в том числе отдельно взятым светильником (с любым номером, заданным в центре на ПУ), в
частности выполнять основные функции:
1) включать или отключать любые светильники или группы
светильников;
2) задавать уставки мощности светильников;
3) задавать уставки освещенности в зоне светильника;
4) задавать работу светильника по определенной программе;
5) контролировать состояние светильников, в том числе пускорегулирующей
аппаратуры.
Краткое описание возможностей системы
АСУ НОУ состоит из трех частей:
1) Редактор;
2) База данных;
3) Управляющее коммуникационное приложение.
Редактор используется для построения трехуровневой системы взаимосвязанных и
взаимодействующих объектов, регистрации районов, закреплении за каждым районом
отсканированных планшетов, установки Пунктов управления (ПУ), Контролируемых
пунктов (КП), Исполнительных пунктов (ИП), Трансформаторных подстанций (ТП),
оснований (опор светильников), электрических линий и светильников.
При установке каждого из перечисленных объектов появляется возможность
назначить параметры конкретного объекта, на основе которых затем формировать некоторые
параметры других объектов, лежащих на более низком уровне иерархии.
При установке объектов и назначении им параметров, редактор автоматически
выполняет формирование информационной базы данных, которая затем будет использована
в управляющем коммуникационном приложении.
Управляющее коммуникационное приложение (программа) взаимодействует с базой
данных и позволяет получать как статическую, так и оперативную информацию из базы
данных, отправлять управляющие команды (включить светильник, выключить светильник,
включить группу светильников, выключить группу светильников, включить светильники
всего района, выключить светильники всего района, включить все светильники, выключить
все светильники, установить один из четырех режимов работы произвольного светильника,
получить информацию о текущем состоянии произвольно выбранного светильника) на ИП с
их последующей реализацией.
Назначение и условия применения системы
АСУ НОУ предназначено для автоматизации процесса управления наружным
уличным освещением различных городов, в том числе мегаполисов с использованием
дистанционного управления из центра (в дальнейшем – пункт управления (ПУ)) различными
трансформаторными подстанциями, плечами этих подстанций, а так же светильниками плеч.
При этом могут быть использованы различные способы передачи данных по радио эфиру, в
том числе сотовые каналы, работающие на основе применения технологии GPRS.
Применение АСУ НОУ позволяет управлять наружным уличным освещением, в том
числе отдельно взятым светильником (с любым номером, заданным в центре на ПУ).
АСУ Наружным Освещением Уличным является системой, построенной с применением
современных инструментальных и программных средств.
Структура АСУ НОУ на базе электронных пускорегулирующих аппаратов и
УСО
Структура АСУ НОУ представлена на рис. 4, где использованы модем GPRS, а в
качестве УСО основной элементной базы применен модем фирмы RENESAS типа M16C/6S.
В АСУ используется следующая иерархия адресации:
1) адрес светильника в плече
2) адрес плеча на подстанции (в т.ч. содержит номера фазы или фаз)
3) адрес подстанции
4) адрес главной подстанции района
5) пункт управления района
6) пункт управления города.
Рис. 4. Структура АСУ НО (уличным)
Пользовательский интерфейс
Пользовательский интерфейс состоит из главного окна, которое содержит условную
схему электрической сети наружного освещения города. На схеме изображены
контролируемые пункты, находящиеся в трансформаторных подстанциях районного уровня
(рис. 5).
Рис. 5. Главное окно программы
Красный цвет в условном обозначении контролируемого пункта означает, что связь с
этим пунктом не установлена. Зеленый цвет – связь с пунктом установлена и возможно
управление контролируемым пунктом.
При щелчке манипулятором
«мышь» на схематическом изображении
контролируемого пункта открывается окно, на котором представлена схема сети наружного
освещения района (рис. 6).
Рис. 6. Схема сети на уровне района
На данной схеме изображаются трансформаторные подстанции в сети района, их
взаимосвязь, а также состояние контролируемых пунктов в них (красный цвет – связь не
установлена, зеленый - установлена).
При щелчке манипулятора «мышь» на изображении трансформаторной подстанции
открывается окно со схемой включения светильников наружного освещения, подключенных
к данной трансформаторной подстанции,
привязанной к плану местности (см. рис. 7).
Рис. 7. Схема включения светильников наружного освещения.
Пиктограммы светильников подписаны их кодом в системе управления, по которому
и осуществляется обращение к каждому блоку ЭПРА светильников. Также на схеме
индицируется номинальная мощность установленной лампы, а также ее заявленная
мощность. Заявленная мощность отображается в процентах с шагом 25% на шкале.
Литература
1. Щедрин С. «Технологии передачи данных по силовым линиям / «Компоненты и
технологии» №1, 2006 г.
2. http://www.mt-system.ru
3. Давиденко Ю. Проектирование Электронных балластов для люминесцентных ламп. /
«Схемотехника» № 8, № 9, Москва, «ИД Скимен», 2003 г.