CZ30456U1 - Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat - Google Patents

Description

Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat

Oblast techniky

Užitný vzor se týká systému, kterým se řídí a monitoruje více světel, především v rámci vnějšího veřejného osvětlení. Systém umožňuje efektivně zapínat, vypínat jednotlivá světla, diagnostikovat stav světel a shromažďovat údaje o provozu. Systém představuje specifickou aplikaci moderního distribuovaného řízení a sběru dat.

Dosavadní stav techniky

Energetické nároky na osvětlení, zejména na provoz veřejného osvětlení se snižují v první řadě výměnou starších světelných zdrojů za úsporné typy, například za úsporné LED světla. LED světla mají vyšší účinnost přeměny elektrické energie na světlo jako zářivky nebo výbojky, ale při nových LED světlech další významnější úspory elektrické energie, již nelze dosáhnout skokovým zvyšováním fyzikální účinnosti světelného zdroje. Na snižování spotřeby elektrické energie je třeba přesně určit potřeby osvětlování a podle těchto potřeb řídit zapínání a vypínání osvětlení.

Veřejné osvětlení se obvykle zapíná a vypíná podle časového harmonogramu, který zohledňuje východ a západ slunce pro danou lokalitu s příslušnou zeměpisnou šířkou (deklinace Slunce). Pokročilejší řízení je schopné vzít v úvahu lokální světelné podmínky, například soumrak, oblačnost podle čidla venkovního osvětlení. Takové systémy představují základní stupeň řízení osvětlení, nemají však možnost přizpůsobovat se novým podmínkám (rozšiřování osvětlení) nebo novým požadavkům, například na dálkové zapnutí svícení v případě mimořádné události.

Systém podle CN 203934034 U popisuje systém s hlavní kontrolní jednotkou a množstvím periferií, pomocí nichž se hodnotí stav osvětlení. Takový systém podobně jako další zveřejněné řešení ES 2104495 AI, CZ 20002570 A3, US 2014300210 AI vyžadují novou instalaci všech prvků osvětlení, jakož i příslušných informačních vedení.

Uvedené systémy jsou málo flexibilní, neumožňují přizpůsobit se stávajícím zapojením veřejného osvětlení. Je proto žádané a není známo komplexnější řešení, které umožní vypínat a zapínat jednotlivé skupiny původních svítidel a poskytne vhodné uživatelské rozhraní pro kontrolu a řízení osvětlení.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky v podstatné míře odstraňuje systém řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, který zahrnuje více svítidel, kde napájecí zdroje svítidel jsou propojeny s napájecím napětím přes spínač ovládaný centrální řídící jednotkou, která má blok ovládání zapínání a vypínání svítidel se zpětnou vazbou podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že řídící jednotka má komunikační modul na spojení se vzdáleným zobrazovacím a/nebo ovládacím prvkem, přičemž k centrální řídící jednotce je připojen alespoň jeden snímač fyzikální hodnoty systému.

Základ technického řešení zahrnuje centrální jednotku, která je přizpůsobena ovládat alespoň jeden spínač svítidel. Pojem spínač je přitom třeba chápat široce, v praxi se bude jednat zejména o' relé, stykač nebo podobný prvek. Bude výhodné, pokud systém má více spínačů pro několik větev svítidel, možné je i řešení, kdy každé svítidlo má vlastní spínač. V takovém případě může centrální řídící jednotka řídit individuálně každé svítidlo zvlášť. .

Pojem „vzdálený prvek“ je v tomto popisu použit v souladu s běžnou terminologií v této oblasti (remote unit), tento pojem však nevyjadřuje, že prvek je nezbytně vzdálen od ostatních prvků systému na určitou konkrétní vzdálenost. Přídavné jméno „vzdálený“ vyjadřuje zejména fyzickou samostatnost, oddělenost vzdáleného prvku.

Důležitým znakem je komunikační modul, který má za úkol vytvořit komunikační platformu pro spojení se vzdáleným zobrazovacím a/nebo ovládacím prvkem. Zobrazovací, a/nebo ovládací prvek vytváří grafické rozhraní pro vizualizaci dat a stavů systému, na konfiguraci systému, na

-1 CZ 30456 UI zobrazování různých alarmových stavů jakož i na nastavování parametrů nebo přímé ruční ovládání svítidel.

Komunikační modul může mít web rozhraní využívající ethemet a/nebo GSM/GPRS a/nebo WiFi. Je výhodné, pokud centrální řídící jednotka má všechny tři uvedené komunikační platformy a při instalaci do systému se aktivuje vhodná, místní dostupná komunikační platforma.

Snímač fyzikální hodnoty systému bude především čidlo napětí nebo proudu nebo výkonu na příslušných fázích. Snímání elektrických hodnot napájecího vedení poskytuje možnost hodnotit stav systému. K tomu bude sloužit blok porovnávání naměřených hodnot s naprogramovanými hodnotami, tento blok je součástí centrální řídící jednotky. Blok srovnávání je schopen vyhodnotit, že odběr elektrické energie neodpovídá nastavenému režimu v systému. Pokud je spotřeba elektrické energie vyšší, než přísluší počtu zapnutých svítidel, nebo se elektrická energie spotřebovává navzdory vypnutému stavu svítidel, blok porovnávání tento stav hodnotí jako příznak nedovoleného odběru elektrické energie. Místo tohoto odběru ví přibližně lokalizovat při odpojování jednotlivých větví systému. Naopak nízký odběr elektrické energie signalizuje, že některé svítidla jsou nefunkční.

Na zvýšení užitných hodnot systému bude výhodné, pokud systém má řadu snímačů fyzikálních hodnot. Kromě již zmíněných čidel elektrických hodnot napájení to může být světelné čidlo, snímač teploty, snímač otevření rozvaděče. Světelné čidlo umí upravovat režim svícení podle aktuální světelné situace v dané lokalitě. Snímač teploty může diagnostikovat nesprávnou funkci svítidla, jeho přehřívám a podobně. Snímač otevření rozvaděče, například v podobě dveřního spínače, signalizuje nepovolené otevření rozvaděče s rizikem manipulace.

Síťové výstupní rozhraní centrální řídící jednotky bude ve výhodném uspořádání připojené k internetové síti a centrální řídící jednotka bude mít vlastní IP adresu. To umožní s ní dálkově komunikovat z jakéhokoliv místa, které má připojení k internetu. Zpracované údaje má uživatel k dispozici v grafické i tabulkové hodnotě. Systém může díky konfigurací centrální řídící jednotky získané hodnoty odesílat do nadřazeného systému i autonomně, bez čekání na příkaz. Nadřazeným systémem může být řídící nebo monitorovací centrum nebo cloud úložiště nebo podobný prvek nebo systém. Větší obec nebo město má obvykle několik rozvaděčů veřejného osvětlení, jednotlivé centrální řídící jednotky v jednotlivých rozvaděčích předávají získané údaje například do počítače na místním úřadě. Poskytování dat o stavu osvětlení může být přitom otevřené i pro další subjekty, například pro záchranné složky, požárníky a podobně.

Řídicí a monitorovací možnosti systému se zvýší, pokud jsou mezi centrální řídící jednotkou a svítidly vytvořené komunikační cesty na zasílání informací ze svítidel a přijímám příkazů z centrální řídící jednotky. Tyto komunikační cesty mohou být tvořeny slaboproudou kabeláží, bezdrátovou komunikací nebo PLC (Power Line Communication) moduly nebo jejich kombinací a to ke každému svítidlu nebo ke skupině svítidel. Při slaboproudé kabeláži je kromě napájecího vedení vytvořené samostatné informační vedení, výhodně může být použita například sběrnice DALI (norma IEC 6929). Velká část výrobců svítidel nabízí světelné zdroje se sběrnicí DALI. Při bezdrátové komunikaci se výhodně využije některá z komerčně dostupných technologií, přičemž se může použít metodika, kde master ovládá několik slave prvků nebo také metodika mesh RF sítě. Při PLC komunikací se využije stávající napájecí vedení, do kterého se modulují signály. PLC komunikace má výhodu v tom, že pracuje se spolehlivým metalickým vedením a přitom nevyžaduje položení vlastního informačního kabelu.

Při PLC komunikační platformě bude k centrální řídící jednotce připojen PLC master modul, který zajišťuje ovládání a komunikaci s jednotlivými podhzenými PLC slave moduly, které jsou instalovány u jednotlivých svítidel. PLC master modul může mít kompletní třífázovou působnost. PLC slave modul bude jednofázový, slouží jako koncový člen při svítidle, například jako koncový člen předřadníku nebo více předřadníků skupiny svítidel.

Součástí řídící jednotky ve výhodném uspořádám je paměť s plánovačem svícení, případně i s astronomickým plánovačem svícení.

-2CZ 30456 UI

Z hlediska dosažení jednoduché montáže je výhodné, pokud centrální řídicí jednotka má tělo ve tvaru vícenásobného modulu jističe s připevňovacím prvkem na DIN lištu, například dle ČSN EN 60715. To znamená, že tělo vzdálené telemetrické jednotky může mít šířku v násobku 17,5 mm, což odpovídá šířce jednoho jednopólového jističe. Díky tomu se může vzdálená telemetrická jednotka jednoduše připevnit do rozváděčových skříní kteréhokoli výrobce.

Systém podle tohoto užitného vzoru umožňuje na dálku, například přes intranet nebo internet monitorovat stav osvětlení, řídit parametry jeho řízení, kontrolovat statistické hodnoty uložené v paměti. Předložené řešení se vyznačuje vysokou flexibilitou nasazení i v již existujícím veřejném osvětlení.

Objasnění výkresů

Technické řešení je blíže vysvětleno pomocí obrázků 1 až 3. Počet připojených svítidel, jakož i kombinace komunikačních cest mezi centrální řídící jednotkou a svítidly, je ilustrační a není možné zobrazeno příklady považovat za zužující rozsah ochrany.

Na obrázku 1 je znázorněno jednoduché zapojení svítidel bez inteligentního řízení, kde je použita centrální řídicí jednotka v původním rozvaděči.

Obrázek 2 představuje blokové schéma zapojení systému z obrázku 1. Na obrázku 3 je vyobrazen systém s několika skupinami svítidel s různou platformou komunikace mezi svítidly a centrální řídící jednotkou.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

V tomto příkladu podle obrázku 1 a 2 je systém implementován do původního veřejného osvětlení se svítidly 5, která nemají komunikační výstupy, a tedy nemají žádné inteligentní řízení.

Centrální řídicí jednotka 1 je umístěna v rozvaděči veřejného osvětlení. K ní je připojen spínač 3 v podobě třífázového stykače. Centrální řídicí jednotka 1 má komunikační modul 4, který má ethemetový konektor, WiFi jakož i GSM/3G.

Centrální řídicí jednotka 1 poskytuje spojení přes Web rozhraní prostřednictvím GSM/GPRS nebo ethemetu. Má samostatné ovládání výstupních fází LI, L2, L3 a má možnost ovládání operativní fáze pro případně ztlumování předřadníků. V centrální řídící jednotce 1 je vestavěný plánovač včetně astronomického plánovače. Snímač 2 má podobu vestavěného 3-fázového elektroměru, poskytuje přitom údaje: napětí, proud, výkon na příslušných fázích.

Centrální řídicí jednotka 1 archivuje údaje o spotřebované energie kWh za dané období a tato data jsou přístupné přes grafické rozhraní. Automaticky generuje alarmy o nedostatečné spotřebě na fáze Lx, například o spotřebě navzdory vypnutým světlům, nebo o nedostatečné spotřebě při zapnutých svítidlech 5.

Spínač 3 je ovládán centrální řídicí jednotkou 1, která má časový plánovač zapínání a vypínání světel.

Skříň rozvaděče má dveřní kontakt, otevření dveří je hlášeno jako alarmový stav.

Příklad 2

V tomto příkladu podle obrázku 3 je systém použit v komplexnějším veřejném osvětlení, kde část svítidel 5 je modernizována a má implementováno ovládání prostřednictvím PLC master a slave modulů, druhá skupina svítidel 5 má radiofrekvenční modul, další skupina svítidel 5 má DALI sběrnici (bez zobrazení na obrázku 3) a ostatní svítidla 5 mají klasické provedení bez inteligentního řízení.

PLC slave moduly jsou při svítidlech 5, PLC master modul je připojen k centrální řídící jednotce 1. Má za úkol ovládat a komunikovat s jednotlivými podřízenými jednotkami „slavě“. V tomto příkladu má kompletní 3-fázovou Lonworks powerline (CENELEC C) komunikaci, což umož

-3CZ 30456 UI ňuje modulovat signál do kterékoliv z fází použitých na napájení svítidel 5. PLC master modul komunikuje s nadřazeným systémem přes RS232 nebo ethemet nebo GSM, používá otevřený protokol a má krytí IP65, aby se mohl instalovat kdekoliv v rozvaděči nebo při rozvaděči. PLC slave modul má jedno fázovou Lonworks powerline (CENELEC C) komunikaci a je zapojen k jednotlivým předřadníkům svítidel 5. Jeho výstupními rozhraními v tomto příkladu jsou dva analogové výstupy 0 až 10 V, které vstupují do samotného předřadníku. PLC slave modul zajišťuje i měření teploty a spotřeby samotného svítidla 5, čímž dokáže indikovat do PLC master modulu alarm o prohřívání nebo o nefunkčnosti svítidla.

Skupina svítidel 5 s DALI sběrnicí má dvouvodičovou slaboproudou kabeláž. DALI router slouží k propojení s protokoly MODBUS, TCP, RTU, případně IEC-60870-5-101 a IEC-60870-5-104. DALI router použitý v tomto příkladu má 3x DALI bus (3 x 63 předřadníků), ethernet/RS232/RS485, uplink standardními protokoly, má zabudované webové rozhraní a konektory na zapojení průmyslové snímače. Tím se rozšíří využitelnost DALI sběrnice, která je původně projektována pouze na posílání příkazů resp. qišťování stavů z jednotlivých předřadníků.

Průmyslová využitelnost

Průmyslová využitelnost je zřejmá. Podle tohoto technického řešení je možné průmyslově a opakovaně sestavovat a používat systém řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení.

Claims (18)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, který zahrnuje více svítidel (5), kde napájecí zdroje svítidel (5) jsou propojeny s napájecím napětím přes spínač (3) ovládaný centrální řídící jednotkou (1), která má blok ovládání zapínání a vypínání svítidel (5) se zpětnou vazbou, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) má komunikační modul (4) pro spojení se vzdáleným zobrazovacím a/nebo ovládacím prvkem, přičemž k centrální řídící jednotce (1) je připojen alespoň jeden snímač (2) fyzikální hodnoty systému.
2. 2. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 1, vyznačující se tím, že komunikační modul (4) má web rozhraní využívající ethemet a/nebo GSM/GPIRS a/nebo WiFi.
3. 3. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že snímač (2) fyzikální hodnoty je snímač napětí a/nebo snímač proudu a/nebo snímač výkonu na příslušných fázích.
4. 4. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se tím, že snímač (2) fyzikální hodnoty je snímač osvětlení a/nebo čidlo teploty a/nebo snímač otevření rozvaděče.
5. 5. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) má blok porovnávání naměřených hodnot elektrických parametrů s naprogramovanými hodnotami.
6. 6. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) je přes komunikační modul (4) připojená k internetu a má vlastní IP adresu.
7. 7. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků laž6, vyznačující se tím, že mezi centrální

   -4CZ 30456 UI řídící jednotkou (1) a svítidly (5) jsou komunikační cesty na zasílání informací ze svítidel (5) a přijímání příkazů z centrální řídící jednotky (1).
8. 8. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 7, vyznačující se tím, že komunikační cesta je tvořena slaboproudou kabeláží.
9. 9. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 8, vyznačující se tím, že slaboproudá kabeláž má sběrnici DALI.
10. 10. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 9, vyznačující se tím, že slaboproudá kabeláž zahrnuje router na propojení s odlišnými protokoly.
11. 11. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 7, vyznačující se tím, že komunikační cesta je tvořena bezdrátovou komunikací,
12. 12. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 11, vyznačující se tím, že bezdrátová komunikace má metodiku master/slave nebo metodiku mesh sítě. '
13. 13. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků 7ažl0, vyznačující se tím, že komunikační cesta je tvořena PLC moduly, kde k centrální řídící jednotce (1) je připojen PLC master modul a k svítidlům (5) je připojen PLC slave modul.
14. 14. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 13, vyznačující se tím, že PLC master modul je třífázový a PLC slave modul je jednofázový.
15. 15. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků lažl4, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) má paměť s plánovačem svícení.
16. 16. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle nároku 15, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) má paměť s astronomickým plánovačem svícení.
17. 17. Systém distribuovaného řízení a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) má tělo ve tvaru vícenásobného modulu jističe s připevňovacím prvkem na DIN lištu.
18. 18. Systém distribuovaného řízem a monitorování osvětlení, zejména veřejného osvětlení, se sběrem dat, podle kteréhokoliv z nároků lažl7, vyznačující se tím, že centrální řídicí jednotka (1) má aktualizační blok pro změnu řídícího softwaru.