МОСГОРСВЕТ – современный контроль и управление освещением

1. Введение. Проект «ДЭП-системы»

В Москве закончен первый этап установки системы автоматизированного контроля и управления уличным освещением на базе микропроцессорного оборудования фирмы «ДЭП». Сейчас эта система ведет контроль и уп­рав­ление осветительным оборудованием на всех улицах, перекрестках и площадях в пределах Садового кольца (исключая Кремль).
В течение года она распространится на периферийные районы столицы, а также на московскую кольцевую автодорогу (МКАД).

Система значительно расширяет возможности по эффективной эксплуа­та­ции огромного количества оборудования уличного освещения одного из круп­нейших мегаполисов мира.
Известно, что эксплуатация рассматриваемой подсистемы жизнеобес­пе­че­ния крупного города является чрезвычайно сложной задачей. Порой на­ча­ло ликвидации последствий аварий ремонтными службами в экстрен­ных ситуациях сдерживается отсутствием необходимой оперативной инфор­мации. Ущерб от последствий, вызванных вынужденным простоем ремонтных бригад в такой ситуации может в десятки раз превосходить потери, вызванные собственно аварией.

Часто стоимость минуты простоя или аварии просто невозможно пере­вести на финансовые потери (косвенные и другие убытки значительнее денежных), а иногда счет может идти и на человеческие жизни. Поэтому, оче­видным фактом является то, что своевременно доставленная руко­водителям аварийных и эксплутационных служб информация, может сыг­рать решающую роль в эффективном и безопасном управлении уличным освещением.
Реализация ДЭП-проекта решает эту задачу с использованием передовых тех­нологий в области микропроцессорной техники, систем телемеханики и мно­го­летнего опыта ведущих специалистов МГП «МосГорСвет».

2. Структура системы

2.1. Осветительное оборудование

Освещение центрального административного района г. Москвы (1-й ЭТР МГП МосГорСвет) осуществляется с помощью светильников типа РКУ-250 (или аналогичных) с ртутными и натриевыми лампами мощностью 150-250 Вт. На каждой опоре располагается до четырех таких светильников.

Группы светильников объединены линиями питающего напряжения (0,4 кВ) в так называемые направления, обычно, совпадающими с топологией улиц, проспектов и т.п. Все направления, в свою очередь, запитаны от 60 отдельно стоящих, раскинутых по всей территории центра города распределительных пунктов (РП).

В каждый РП приходит один питающий кабель (фидер) 0,4 кВ Мосэнерго. Из каждого РП осуществляется распределение питающего напряжения по отдельным направлениям (от 4 до 20 отходящих линий освещения на один РП). Всего в центральном округе необходимо осуществлять контроль и управление около 50 тысяч светильников.

Конструктивно РП представляет собой либо металлический шкаф (ВРШ), либо сооружение типа трансформаторной подстанции (ТП). Элек­тро­тех­ни­ческое оборудование, размещенное в РП, образует распределительную шину на несколько направлений с вмонтированными на каждую фазу плав­кими вставками (предохранителями), предотвращающими токи ко­рот­кого замыкания в случае повреждения любой жилы линий питания.

2.2. Возможности системы управления освещением

Система управления освещением обеспечивает:

• Централизованный контроль из диспетчерского пункта (ДП) за состоянием оборудования на всех контролируемых пунктах (КП) типа ТП или ВРШ.
• Возможность централизованного управления из ДП контакторами ночного и вечернего освещения на каждом КП в отдельности.
• Возможность перевода любого КП в режим автономного, на месте, управления (по встроенному энергонезависимому календарю астрономического времени) контакторами ночного и вечернего освещения.
• Возможность коррекции из ДП текущего времени и даты на каждом КП.
• Возможность автономной коррекции непосредственно на КП текущего времени и даты.
• Возможность централизованной (из ДП) блокировки попыток коррекции времени, даты, а также попыток ручного несанкционированного управления контакторами непосредственно на месте ТП.
• Возможность глобального (по целому району) единого управления ночным и вечерним освещением.

В системе также предусмотрена возможность дистанционно снимать показания со счетчиков расхода электроэнергии и передавать их в диспетчерский пункт.

Таким образом, система способна вести оперативный контроль исправности осветительного оборудования, а также эффективно управлять уличным освещением в нескольких режимах либо из центра либо автономно из каждого РП.

2.3. Основные элементы системы

Основными элементами системы являются:

• первичные датчики напряжения (ADS) в РП
• шкафы телемеханики с набором микропроцессорных модулей (ШТ)
• программно-аппаратный комплекс на ДП

2.3.1. Первичные датчики

Датчик напряжения ADS обеспечивает контроль за состоянием плавких вставок линий освещения, положения ручного рубильника, главных плавких вставок напряжения вечерних и ночных фаз. Датчики монтируются непосредственно в РП.

Один датчик обеспечивает преобразование сигнала переменного напряжения в диапазоне 160-420 Вольт в гальванически изолированный сигнал типа «сухой контакт». Количество монтируемых датчиков ADS на одном РП определяется исходя из числа направлений освещения, поддерживаемых конкретным РП.

2.3.2. Шкаф телемеханики

Шкаф телемеханики (ШТ) используется для обработки состояния датчиков ADS, а также для выдачи управляющих сигналов на контакторы ночного и вечернего освещения.

ШТ представляет собой шкаф навесного типа, внутри которого смонтированы микропроцессорные контроллеры для контроля и управления оборудованием РП. Конструкция шкафа допускает функционирование аппаратуры телемеханики в уличном исполнении в широком спектре температур.

В каждом шкафу также присутствует контроллер связи, позволяющий вести обмен информацией между диспетчерской (ДП) и микропроцессорным оборудованием.

2.3.3. Оборудование на ДП

В ДП сбор информации со всех удаленных РП, а также управление ими, ведется благодаря автоматизированному рабочему месту диспетчера (АРМ-Д), образованное контроллерами связи, персональным компьютером и специализированным программным обеспечением. АРМ диспетчера обеспечивает сбор информации с удаленных РП обобщение, архивацию, протоколирование данных и отображение информации в различных формах (технологические экраны, генерация отчетов, световая/звуковая сигнализация и т.п.) местному персоналу, а также издание команд телеуправления (ТУ) на каждый из подчиненных КО. АРМ-Д обеспечивает также доставку обобщенной информации на любые другие автоматизированные рабочие места, в том числе и на уровень центрального диспетчерского пункта МГП «МОСГОРСВЕТ» (Б. Бронная, 14).

3. Заключение

Таким образом, описываемая система автоматизированного контроля и управления уличным освещением на базе микропроцессорного оборудования фирмы «ДЭП»

• значительно повысила устойчивость работы системы уличного освещения,
• позволяет своевременно производить плановый ремонт отдельных элементов
• снизила экономические затраты на эксплуатацию.

Реализация полной системы контроля и управления освещением – это уверенный шаг в грядущий 21-й век.

4. Приложение

4.1. Структура системы контроля и управления

По степени обобщения информации система делится на три уровня:
Уровень распределительного пункта (РП). В каждом РП типа ВРШ или ТП монтируется комплект датчиков переменного напряжения АDS. На каждом РП в шкафу телемеханики устанавливается комплект микропроцессорных измерительно-управляющих контроллеров, а также тиристорно-релейный блок для управления контакторами ночного и вечернего освещения. Установленная аппаратура телемеханики обеспечивает контроль за состоянием следующих сигналов:

• положение ручного рубильника,
• состояние главных плавких вставок,
• состояние плавких вставок на линиях освещения,
• контроль напряжения вечерних и ночных фаз.

Информация по всем входным/выходным каналам индицируется непосредственно на местных (встроенных) дисплеях контроллеров. Дополнительно, на контроллере, обеспечивающем управление контакторами, имеются кнопки управления, которые позволяют обслуживающему персоналу корректировать астрономическое время и управлять контакторами.

Телемеханическая аппаратура имеет дополнительную возможность подключения аналоговых датчиков тока и напряжения с последующим расчетом потребляемой мощности по каждому ВРШ.
Нижний уровень обеспечивает сбор информации и ее защиту от искажений в каналах связи, первичную обработку информации, передачу на верхний подуровень, прием от верхнего подуровня команд управления и выдачу управляющих воздействий на контакторы.

Уровень телемеханического КП. В каждом шкафе телемеханики также устанавливается локальный контроллер связи (ЛКС) типа DEP-SR/FM.

Средний подуровень обеспечивает функции каналообразующей аппаратуры – передает переработанную информацию по выделенной 2-х проводной линии связи на верхний уровень и ретранслирует (при необходимости) команды верхнего уровня на исполнительные механизмы нижнего уровня.

Локальный контроллер связи обеспечивает также диагностику состояния аппаратуры нижнего уровня.

Уровень диспетчера. В ДП устанавливается два компьютера телемеханики, контроллер-расширитель типа DEP-RL/EX и два контроллера связи типа DEP-SR/NM. В совокупности с специализированным программным обеспечением, устанавливаемом на компьютерах, перечисленное оборудование образует АРМ диспетчера данного района ЭТР МГП «МОСГОСВЕТ». АРМ диспетчера (далее – АРМ-Д) обеспечивает сбор информации с удаленных объектов, обобщение, архивацию, протоколирование данных и отображение информации в различных формах (технологические экраны, генерация отчетов, световая/звуковая сигнализация и т.п.) местному персоналу, а также издание команд телеуправления (ТУ) на каждый из подчиненных КО. АРМ-Д, в силу открытого интерфейса, обеспечивает также (с помощью любой типовой ЛВС, например Ethernet) доставку обобщенной информации на любые другие автоматизированные рабочие места, в том числе и на уровень центрального диспетчерского пункта МГП «МОСГОРСВЕТ» (Б. Бронная, 14).

4.2. Функционирование контроллеров на РП

Для типового РП в шкафу телемеханики располагается один контроллер связи типа DEP-SR/FM и три информационно-управляющих контроллера:

• DEP-SL/LX – 1 шт.
• DEP-SL/DC – 2 шт.

Контроллеры обеспечивают обработку следующих телемеханических сигналов:

Тип Поддерживаемые сигналы (с гальванической развязкой)Дополнительные

Обозначения сигналов:
ТС – ТелеCигнализация. Состояние двухпозиционого объекта. Гальванически изолированный сигнал типа «сухой контакт»,
ТУ – ТелеУправление: Гальванически изолированный ключ до 250 мА, выдача импульсов программируемой длительности
ТИТ – ТелеИзмерение Текущее. Гальванически изолированный вход, поддерживающий стандарты (0-5)мА, (0-20)мА, (0-10)В. Точность измерения – 0.25%.

Каждый контроллер представляет собой одноплатную конструкцию, помещенную в пылебрызгозащищенный корпус. С помощью разъемов на плоских кабелях контроллер подсоединяется к плате сопряжения, которая предназначена для промежуточного монтажа контроллеров между собой, подвода питания, соединительных кабелей от блока клеммников.

На плате сопряжения помимо контактных площадок для монтажа смонтирован тумблер, включающий контроллер в ЛТС. В положении «ON» контроллер подключен к сети. В положении «OFF» контроллер удален из сети. Одновременно подается или снимется питание контроллера.

Присутствие питания и исправность контроллера индицируется светодиодом красного цвета, расположеном на передней панели контроллера.

Контроллер проводит предварительную обработку сигналов и передает по ЛТС данные в защищенном цифровом виде. Все внешние подключения контроллера, включая локальную сеть, питание, измерительные и управляющие цепи, гальванически изолированы.

Информационно-управляющий контроллер имеет также встроенный дисплей для отображения текущего состояния контроллера и обрабатываемых каналов. После подачи питания на контроллер индикатор отображает текущие значения входов/выходов контроллера и специализированную системную информацию. Дисплей имеет несколько режимов индикации, выбор которых производится с помощью рядом расположенных кнопок. Режимы индикации описаны в технической документации каждого контроллера.

Информационно-управляющие контроллеры объединяются в локальную технологическую сеть (ЛТС), замкнутую на контроллер связи. Объединение контроллеров осуществляется любой двупроводной линией связи. В каждом контроллере присутсвует встроенный интерфейс ЛТС, обеспечивающий взаимодействие контроллера связи с группой информационно-управляющих контроллеров по принципу «Мастер-слейв».

Каждый контроллер может быть запрограммирован по ЛТС на скорость передачи от 300 Бод до 38400 Бод. В данном проекте скорость обмена данными между контроллером связи и информационно-управляющими контроллерами составляет 9600 Бод.

4.3. Обработка контроллером сигналов телемеханики

Каждый информационно-управляющий контроллер работает асинхронно, проводит съем и предварительную обработку измеряемых сигналов. Для измерения сигнала ТИТ применяется преобразование напряжение-частота, каналы измеряются последовательно. Усредненное значение за 100 мсек считается реальным значением. После следующего цикла измерений новое значение заменяет предыдущее. По запросу контроллера связи по ЛТС передается всегда последнее текущее значение.В конфигурационном файле системы для каждого контроллера можно задать индивидуальный период чтения аналоговых каналов.

При измерении сигналов ТС контроллер обрабатывает дребезг продолжительностью до 50 мсек. Факт изменения состояния дискретного сигнала (динамика дискретов) запоминается в контроллере, контроллер связи по ЛТС получает текущее значение сигнала ТС и флаг изменения его состояния с момента последнего чтения по ЛТС, таким образом короткие изменения состояния ТС защелкиваются.

Сигналы ТУ в ЛУСО серии DEP-SL поддерживают как статическое управление (включить/выключить), так и импульсное включение, величина импульса лежит в пределах от 20 мсек до 2,5 секунд (длина импульса кратна 20 мсек).
Аналоговые входы и выходы могут работать в режиме тока или напряжения, что задается перемычками на плате контроллера. Диапазон измерения указывается в конфигурационном файле системы.

4.4. Организация связи с ДП

Контроллеры связи серии DEP-SR предназначены для преобразования сетевого протокола обмена данными и командами внутри локальной технологической сети DEP-стандарта в международные стандарты связи, обеспечивающие унифицированную и эффективную передачу данных.

Контроллеры связи серии DEP-SR поддерживают следующие стандарты:

• МККТТ V.21 300 бит/с
• Bell 103 300 бит/с
• МККТТ V.23 600 бит/с
• МККТТ V.23 1200 бит/с
• Bell 202 1200 бит/с

Канальный протоколом связи по выделенным/коммутируемым линиям, радиоканалу между ДП и удаленными КП является протокол на основе формата FTI.2, описанный в международных стандартах 870-5-1 «Форматы передачи» от 02.1990г. и 870-5-2 «Процесс передачи по линиям» от 04.1992г. Международной Электротехнической Комиссии (МЭК):

Контроллеры связи подразделяются на «далекие» (DEP-SR/FM – «Far Modem») и «ближние» (DEP-SR/NM -«Near Modem»). Далекая локальная сеть объединяет информационно-управляющие контроллеры на РП, во главе такой ЛТС находится FM-модем. Один FM-модем может управлять несколькими далекими ЛТС. В данном проекте далекая ЛТС одна и состоит из трех информационно-управляющих контроллеров. Ближний контроллер связи DEP-SR/NM устанавливается в ДП. Описываемые контроллеры связи позволяют работать в любом из вышеперечисленных стандартов по выделенным двухпроводным линиям связи, а также по радиоканалу, во взаимодействии с радиостанцией.