СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ СВЕТИЛЬНИКА В АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ
LAMP CONDITION MONITORING SYSTEM IN ADAPTIVE LIGHTING CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для дистанционного управления потребителями электроэнергии, в частности в адаптивной системе управления освещением.
Известен программно-аппаратный комплекс для осуществления беспроводного интеллектуального управления освещением (см. патент на изобретение РФ №2752423, МПК H05B 47/105, опубл. 28.07.2021), который включает аппаратную часть, состоящую из координатора с функциями сервера и агрегатора данных, контроллера для управления светильниками, электроприборами и возможностью измерять потребляемую мощность, мультисенсора с возможностью подключения датчиков с сухим контактом. ПО сервера обеспечивает работу следующих функций: организация беспроводной сети по топологии «Активная звезда» или «MESH».
Однако работа комплекса основана на радиочастотном методе передачи информации, которому свойственно не гарантируемое время доставки управляющих команд. Как следствие, на практике будут наблюдаться задержки включения/ выключения осветительных приборов, порою значительные, вплоть до полной потери ими реакции на команды управления.
Известна система для управления электрическим оборудованием, в частности системой освещения (см. патент на изобретение РФ №2474030, МПК H02J 13/00, опубл. 27.01.2013), содержащая центральный пункт управления, модем, подключенный к центральному пункту управления, по меньшей мере, один исполнительный пункт с управляющим контроллером, модуль связи для приема/передачи пакетов, периферийные датчики, блок коммутации, по меньшей мере, один управляемый светильник, которые подключены в линию освещения. Система выполнена с возможностью функционирования в соответствии с командами, заранее заданными как минимум на целый год и занесенными в память управляющего контроллера, а также в соответствии с протоколом, согласно которому формируют информационный пакет с закодированной в нем информацией, а также система выполнена с возможностью обработки информационного пакета, полученного от управляемого светильника, с последующей раскодировкой в центральном пункте управления, который содержит интерактивную систему управления, включающую карты местности, где установлены светильники, отображение светильников на этих картах в виде активных графических объектов, графические экраны, в которых задаются табличные графики работы системы и различные режимы работы системы, а для увеличения дальности связи установлены репитеры, которые подключены к тем же проводам линии освещения с управляемыми светильниками, а в исполнительном пункте установлен фильтр высоких частот, который подключен к входным силовым цепям питания исполнительного пункта, в памяти управляющего контроллера исполнительного пункта и в центральном пункте управления размещены табличные графики, причем управляющий контроллер выполнен с возможностью в автоматическом режиме последовательно выбирать команды из табличного графика в соответствии с временем выполнения и выполнять их, а также в систему дополнительно введены фильтры высоких частот для неуправляемых светильников, которые подключены в разрыв питания каждого неуправляемого светильника, для исключения подавления прохождения информационных пакетов.
Работа системы основана для передачи информации по силовым проводам и использует модуляцию высокочастотной несущей частоты.
Недостатком является ненадежность доставки управляющих команд осветительным приборам.
Наиболее близким решением к предлагаемому решению является система адресной передачи информации по линиям электроснабжения переменного тока (см. патент на изобретение RU №2735950, МПК H02J 13/00, опубл. 11.11.2020). Система адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока, включающая передатчик, содержащий микропроцессор, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, измерителем фаз между током и напряжением и управляемым устройством коммутации, выполненным с возможностью прерывания подачи питающего напряжения в линию электроснабжения, приемники, размещенные вдоль линии электроснабжения, каждый из которых включает микроконтроллер, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения.
Недостаток прототипа - невозможность получить информацию о состоянии приемника (подтверждение исполнения команд управления, состояние объекта управления).
Техническая проблема заключается в разработке системы, позволяющей получать информацию о состоянии объектов управления, что позволяет построить адаптивную систему управления, а также получить возможность сформировать сценарии управления, направленные на достижение экономического эффекта (например, в освещении за счет экономии электроэнергии и повышения общественной безопасности).
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока при улучшении достоверности и надежности управления объектами.
согласно решению,
Заявленный результат достигается тем, что система адресной передачи информации по линии электроснабжения переменного тока, включающая передатчик, содержащий микропроцессорный блок, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, измерителем фаз между током и напряжением и управляемым устройством коммутации, выполненным с возможностью прерывания подачи питающего напряжения в линию электроснабжения, приемники, размещенные вдоль линии электроснабжения, каждый из которых включает микропроцессорный блок, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения, каждый приемник имеет свой уникальный порядковый номер,  дополнительно содержит радиоприемник и элементы обратной связи каждого приемника с радиоприемником, включающие радиопередатчик и, по крайней мере, один датчик контроля параметров системы, при этом выход датчика контроля параметров системы соединен с одним из входов микропроцессорного блока приемника, выход которого подключен к входу радиопередатчика.
В качестве датчиков контроля параметров системы выбраны датчик освещенности и/или датчик тока, напряжения, мощности, и/или датчик температуры, и/или радар-детектор.
Элементы обратной связи каждого приемника могут быть объединены в узлы сбора и передачи информации.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показана блок-схема заявляемого устройства.
Позициями на чертеже обозначены:
1. Передатчик.
2. Микропроцессорный блок передатчика.
3. Датчик моментов перехода основной гармоники питающего напряжения через ноль.
4. Управляемой устройство коммутации питающего напряжения.
5. Приемники информации.
6. Микропроцессорный блок приемника.
7. Линия электроснабжения.
8. Источник питающего переменного напряжения.
9. Измеритель угла фаз между током и напряжением.
10. Радиоприемник.
11. Узел сбора и передачи информации.
12. Радиопередатчик.
13. Датчик параметров системы.
Система содержит передатчик 1, содержащий микропроцессорный блок 2, соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения 3, измерителем фаз между током и напряжением 9 и управляемым устройством коммутации 4, выполненным с возможностью прерывания подачи питающего напряжения в линию электроснабжения 7 от источника напряжения 8. Вдоль линии электроснабжения размещены приемники 5, каждый из которых включает микропроцессорный блок 6 (микроконтроллер), соединенный с датчиком моментов перехода через ноль основной гармоники питающего напряжения 3. Система содержит радиоприемник 10 и элементы обратной связи каждого приемника 5 с радиоприемником 10. Элементы обратной связи каждого приемника содержат радиопередатчик 12 и датчик параметров системы 13, образуя узел сбора и передачи информации. При этом выход датчика 13 соединен с одним из входов микропроцессорного блока 6 приемника 5, выход которого подключен к входу радиоприемника 10. Радиоприемник 10 соединен микропроцессорным блоком 2 передатчика 1. Узел сбора и передачи информации 11, т.е. место размещения радиопередатчика 12 и датчика/датчиков 13, определяется назначением и функционалом системы.
Функция датчика параметров системы 13 - измерять физическую величину, контроль которой необходим в системе. В системе может быть один и более датчиков, в зависимости от ее назначения и требуемого функционала. Датчик 13 представляет собой преобразователь физической величины в напряжение, ток или цифровой код. Это может быть датчик освещенности, (например, OPT3001 фирмы Texas Instruments), датчик температуры (например, DS18B20 фирмы Maxim Integrated), датчик тока (например, ACS712 фирмы Allegro), датчик наклона (например, трехосевой акселерометр LIS2DH фирмы Analog Devices), датчик напряжения, тока и мощности (например, построенный на микросхеме счетчика электроэнергии ADE7* фирмы Analog Devices), а также любые другие. В качестве датчиков контролируемых параметров системы могут использоваться радар-детекторы, измеряющие скорости движения пешеходов и автомобилей, а также трафик движения (количество пешеходов/транспорта в единицу времени) на контролируемом участке.
Система работает следующим образом.
Каждый приемник 5 имеет уникальный номер в системе, что позволяет управлять каждым объектом системы индивидуально.
Микропроцессорный блок 2 передатчика 1 вырабатывает и отправляет команду управления конкретным объектом. Способ управления приемником описан в патенте RU2735950. Приемник 5 получает и выполняет команду управления, а также подтверждает ее выполнение, отправляя подтверждение через радиопередатчик 12 радиоприемнику 10, причем добавляет в ответное сообщение информацию о считанных показаниях датчика/датчиков 13. Радиоприемник 10 передает на микропроцессорный блок 2 передатчика 1 информацию о выполнении команды приемником 5, а также информацию с датчика/датчиков 13 объекта управления, на котором установлен приемник 5. Если через установленное время микропроцессорный блок передатчика 2 не получает подтверждения выполнения отправленной команды, то он выполняет повторную отправку команды управления, тем самым увеличивая надежность управления.
После получения подтверждения выполнения команды, а также информации о показаниях датчика/датчиков 13, микропроцессорный блок 2 передатчика 1 по заданному (адаптивному) алгоритму, может отправить следующую команду управления приемнику 5, если показания датчика/датчиков 13 указывают на необходимость корректировки состояния объекта управления. Микропроцессорные блоки 6 приемников 5 с заданной периодичностью производят считывание показаний датчиков 13 и отправляют их через радиопередатчики 12 и радиоприемник 10 микропроцессорному блоку 2 передатчика 1, который анализирует состояние всех объектов управления системы и, при необходимости, производит коррекцию их состояния путем отправки соответствующих команд управления, реализуя адаптивную функцию системы.
Возможны, например, следующие варианты управления освещением:
- если в качестве датчика 13 выбран датчик освещенности, то при освещенности выше или ниже требуемой в заданное время суток, система имеет возможность изменения уровня создаваемой осветительным прибором освещенности путем отправки приемнику 5, установленному в осветительном приборе, команды изменения уровня создаваемой освещенности (например, изменения тока питания светодиодного светильника). По показаниям датчика освещенности также производится мониторинг исправности осветительного прибора;
- если в качестве датчика 13 выбран датчик тока, напряжения, мощности, то микропроцессорный блок 2 передатчика 1 производит мониторинг этих показаний и анализирует исправность осветительного прибора;
- если в качестве датчика 13 выбран датчик наклона, то микропроцессорный блок 2 передатчика 1 способен обнаружить отклонение конкретного осветительного прибора в пространстве (крен опоры освещения, срыв крепления осветительного прибора). Изменение ориентации осветительного прибора в пространстве вызывает изменение освещенности (например, автодороги), и, если отклонения ориентации осветительного прибора выше допустимых установленных, то микропроцессорный блок передатчика 1 способен выработать информацию об аварийном состоянии конкретного объекта для скорейшего устранения аварии объекта в целях общественной безопасности;
- если в качестве датчика 13 выбран датчик температуры, то микропроцессорный блок 2 передатчика 1 при температуре выше допустимой, способен выработать команду изменения мощности осветительного прибора с целью обеспечения допустимой рабочей температуры осветительного прибора;
- если в качестве датчика 13 выбран радар-детектор, измеряющий скорости движения пешеходов и/или автомобилей, то может быть реализована функция автоматического «сопровождения объекта» светом, когда при отсутствии движения уровень освещенности снижается до минимального, дежурного уровня, а при появлении объекта и информации о скорости его движения, на его траектории в необходимой последовательности обеспечивается повышение до нормативного уровня освещенности, когда система имеет возможность изменения уровня создаваемой осветительными приборами освещенности путем отправки приемнику 5, установленному в осветительном приборе, команды изменения уровня создаваемой освещенности (например, изменения тока питания светодиодного светильника);
- если в качестве датчика 13 выбран радар-детектор или датчик трафика, измеряющий трафик движения (количество пешеходов/транспорта в единицу времени) на контролируемом участке, то в зависимости от категории и класса дороги реализуются адаптивные алгоритмы снижения/повышения уровня освещенности в нормативно задаваемый пределах, при этом система имеет возможность изменения уровня создаваемой осветительным прибором освещенности путем отправки приемнику 5, установленному в осветительном приборе, команды изменения уровня создаваемой освещенности (например, изменения тока питания светодиодного светильника).
Возможны другие сценарии адаптивной реакции системы в зависимости от типа используемых датчиков 13.
Микропроцессорный блок 5 передатчика 1 может иметь (не рассматриваемую в рамках настоящей заявке) функцию обмена информацией с системами управления более высокого уровня (например, Умный город, BigData, DataLake), передавая в них информацию с множества различных датчиков 13, и получая результаты интеллектуальной обработки множества данных, в том числе от других систем Умного города, для более точного управления приемниками 5 (например, предиктивное управление при некоторых метеоусловиях и чрезвычайных ситуациях).
Заявляемая система способна надежно передавать управляющие команды осветительным приборам по силовым проводам, так как она не использует для передачи радиосигнал либо модулированную высокочастотную несущую частоту и позволяет получать информацию от объекта управления, так как дополнительно используется радиосигнал для передачи информации от объектов управления. Система обеспечивает надежную передачу управляющих команд и имеет возможность получения информации от объектов управления об их состоянии для реализации адаптивных алгоритмов управления. Надежность и достоверность передачи команд управления увеличивается за счет подтверждения их выполнения приемником и, в случае невыполнения или неверного выполнения команды управления, повторной отправке команды микропроцессорным блоком передатчика. Предлагаемое решение расширяет функционал системы, т.к. на основе информации от датчиков контролируемых параметров становится возможным реализовать адаптивный алгоритм управления объектами управления - осветительными приборами в частном случае.