Notas del proveedor de IoT. Tecnología y economía LoRaWAN en alumbrado urbano

En la última serie ...

Hace aproximadamente un año, escribí sobre la gestión de la iluminación urbana en una de nuestras ciudades. Allí todo era muy simple: de acuerdo con el cronograma, el poder de las lámparas se encendía y apagaba a través del SHUNO (gabinete de control para la iluminación exterior). Hubo un relé en el SHUNO, a cuyo mando se encendió una cadena de luces. De lo interesante, quizás, solo que se hizo a través de LoRaWAN.

Como recordarán, inicialmente fuimos construidos en módulos SI-12 (Fig. 1) de Vega. Incluso en la etapa piloto, inmediatamente tuvimos problemas.


Figura 1. - Módulo SI-12

1. Dependemos de la red LoRaWAN. Graves interferencias en el aire o caída del servidor y tenemos problemas con la iluminación de la ciudad. Improbable, pero posible.
2. SI-12 solo tiene una entrada de pulso. Puede conectarle un medidor eléctrico y leer las lecturas actuales. Pero por un corto período de tiempo (5-10 minutos) es imposible rastrear el salto en el consumo que ocurre después de encender las luces. A continuación explicaré por qué esto es importante.
3. El problema es más serio. Módulos SI-12 colgados de forma estable. Aproximadamente una vez cada 20 carreras. En conjunto con Vega, tratamos de eliminar la causa. Durante la prueba piloto, se lanzaron dos nuevos firmware de módulo y una nueva versión de servidor, donde solucionaron varios problemas graves. Al final, los módulos dejaron de colgar. Y aun así nos apartamos de ellos.

Y ahora ...

Por el momento, hemos construido un proyecto mucho más avanzado.

Se basa en módulos IS-Industry (Fig. 2). Iron fue desarrollado por nuestro proveedor externo, ellos mismos escribieron el firmware. Este es un módulo muy inteligente. Dependiendo del firmware que esté cargado, puede controlar la iluminación o interrogar a los dispositivos de medición con un gran conjunto de parámetros. Por ejemplo, medidores de calor o medidores de electricidad trifásicos.
Algunas palabras sobre lo que se implementa.


Figura 2. - Módulo IS-Industry

1. De ahora en adelante, IS-Industry tiene su propia memoria. Con el firmware para light, las llamadas estrategias se cargan de forma remota en esta memoria. De hecho, este es un cronograma para encender / apagar SHUNO durante un cierto período. Ya no dependemos del canal de radio al encenderlo y apagarlo. Dentro del módulo hay un horario según el cual funciona independientemente de cualquier cosa. Cada práctica está necesariamente acompañada de un comando para el servidor. El servidor debe saber que nuestro estado ha cambiado.

2. El mismo módulo puede interrogar al medidor eléctrico en el SHUNO. Cada hora, los paquetes provienen de él con el consumo y un montón de parámetros que el medidor puede producir.
Pero ese no es el punto. Dos minutos después del cambio de estado, se envía un comando extraordinario con lecturas de contador instantáneas. De ellos podemos juzgar que la luz realmente se encendió o apagó. O algo salió mal. Hay dos indicadores en la interfaz. El interruptor muestra el estado actual del módulo. La bombilla está ligada a la ausencia o presencia de consumo. Si estos estados se contradicen entre sí (el módulo está apagado, pero el consumo está encendido y viceversa), la línea con SHUNO se resalta en rojo y se genera una alarma (Fig. 3). En el otoño, dicho sistema nos ayudó a encontrar un relé de arranque atascado. De hecho, el problema no es nuestro, nuestro módulo funcionó correctamente. Pero trabajamos en interés del cliente. Por lo tanto, deben mostrarle cualquier accidente debido al cual pueda haber problemas con la iluminación.


Figura 3. - El consumo contradice el estado del relé. Por lo tanto, la línea se resalta en rojo.

Según las lecturas por hora, se construyen gráficos.

La lógica es la misma que la última vez. Monitoreamos el hecho de la inclusión del aumento del consumo de electricidad. Rastrea el consumo medio. El consumo debajo de la mediana, parte de las lámparas quemadas, arriba, roban electricidad de un pilar.

3. Paquetes regulares con información sobre el consumo y que el módulo está en orden. Vienen en diferentes momentos y no crean un flechazo en el aire.

4. Como antes, podemos activar o desactivar el SHUNO en cualquier momento. Es necesario, por ejemplo, buscar un farol quemado en una cadena por un equipo de emergencia.

Tales mejoras a veces aumentan la tolerancia a fallas.
Este modelo de gestión es quizás el más demandado en Rusia.

Y también ...

Fuimos más lejos.

El hecho es que generalmente puede alejarse de ShUNO en el sentido clásico y controlar cada lámpara individualmente.

Para hacer esto, es necesario que la linterna admita el protocolo de atenuación (0-10, DALI o algún otro) y tenga un conector Nemo.

Nemo-socket es un conector estándar de 7 pines (en la Figura 4), que a menudo se usa en alumbrado público. Desde la linterna, los contactos de alimentación e interfaz se envían a este conector.


Figura 4. - Nemo-socket

0-10 es un protocolo de control de iluminación bien conocido. Ya no es joven, pero está bien establecido. Gracias a los comandos de este protocolo, no solo podemos encender o apagar la lámpara, sino también ponerla en modo de atenuación. En pocas palabras, atenúa la luz sin apagarla por completo. Podemos silenciar un cierto valor en porcentaje. 30 o 70 o 43.

Funciona asi. En la parte superior del conector Nemo, nuestro módulo de control está instalado. Este módulo admite el protocolo 0-10. Los equipos llegan a través de LoRaWAN a través del canal de radio (Fig. 5).


Figura 5. - Linterna con un módulo de control

¿Qué puede hacer este módulo?

Él sabe cómo encender y apagar la lámpara, atenuándola en cierta cantidad. Y él sabe cómo rastrear el consumo de la lámpara. En el caso de la atenuación, se observa una caída en el consumo de corriente.

Ahora estamos rastreando no solo una cadena de linternas, sino que gestionamos y rastreamos CADA linterna. Y, por supuesto, para cada una de las lámparas podemos obtener un cierto error.

Además, puede complicar significativamente la lógica de las estrategias.

Por ejemplo Informamos a la lámpara número 5 que debe encenderse a las 18-00, a las 3-00 atenuadas en un 50 por ciento a 4-50, luego encender de nuevo al cien por ciento y apagar a las 9-20. Todo esto se configura fácilmente en nuestra interfaz y se forma en una estrategia de trabajo que es comprensible para la lámpara. Esta estrategia se vierte sobre la lámpara y funciona hasta que lleguen otros equipos.

Como en el caso del módulo para SHUNO, no tenemos problemas con la pérdida de comunicaciones de radio. Incluso si le sucede algo crítico, la iluminación seguirá funcionando. Además, no hay enamoramiento en el aire en el momento en que necesita encender, digamos, cien lámparas. Podemos rodearlos con seguridad, turnándonos para tomar lecturas y ajustar estrategias. Además, con cierta periodicidad, los paquetes de señal se configuran para que el dispositivo esté activo y listo para comunicarse.
El manejo no programado solo se realizará en caso de accidente. Afortunadamente, en este caso tenemos un lujo como la comida constante y podemos pagar la clase C.

Una cuestión importante que volveré a plantear. Cada vez que presentamos nuestro sistema, me preguntan: ¿qué tal un relé de fotos? ¿Se puede atornillar la fotocélula allí?

Puramente técnico: no hay problemas. Pero todos los clientes con los que estamos hablando ahora se niegan categóricamente a tomar información de los fotosensores. Solicite operar solo con el horario y las fórmulas astronómicas. Aún así, la iluminación de la ciudad es crítica e importante.

Y ahora lo más importante. La economia.

Trabajar con SHUNO a través de un módulo de radio tiene claras ventajas, un costo relativamente bajo. Aumenta el control sobre las luminarias y simplifica el mantenimiento. Aquí todo está claro y los beneficios económicos son obvios.

Pero con el control de cada lámpara, todo es más complicado.

Hay varios proyectos similares implementados en Rusia. Sus integradores informan con orgullo que, debido a la atenuación, lograron ahorrar energía y así recuperar el proyecto.

Nuestra experiencia muestra que no todo es tan simple.

A continuación le doy una tabla con el cálculo de la recuperación de la inversión de la atenuación en rublos por año y en meses para una lámpara (Fig. 6).


Figura 6. - Cálculo de ahorros por oscurecimiento

Muestra cuántas horas al día está encendida la iluminación, en promedio durante meses. Creemos que alrededor del 30 por ciento de este tiempo, la lámpara brilla al 50 por ciento de la potencia y otro 30 por ciento al 30 por ciento de la potencia. El resto está a plena potencia. Redondeado a décimas.
Para simplificar, creo que en el modo de potencia del 50 por ciento, la lámpara consume la mitad de lo que consume al 100 por ciento. Esto también está un poco mal, porque hay un consumo del controlador, que es constante. Es decir Los ahorros reales saldrán menos que en la tabla. Pero por simplicidad de percepción, que así sea.

Tomaremos el precio por kilovatio de electricidad a 5 rublos, el precio promedio para las personas jurídicas.

Total, durante un año con una lámpara, es realmente posible ahorrar de 313 rublos a 1409 rublos. Como puede ver, en dispositivos de baja potencia, el beneficio es muy pequeño, con potentes iluminadores más interesantes.

¿Qué pasa con los costos?

El aumento en el precio de cada lámpara, al agregarle el módulo LoRaWAN, es de aproximadamente 5500 rublos. Allí, el módulo en sí es de aproximadamente 3,000, más el costo del Nemo-Socket en la lámpara, otros 1,500 rublos, más el trabajo de instalación y configuración. Esto todavía no tengo en cuenta que para tales lámparas es necesario pagar una tarifa mensual al propietario de la red.

Resulta que la recuperación del sistema es en el mejor de los casos (con la lámpara más potente) un poco menos de cuatro años. Payback Mucho tiempo

Pero incluso en este caso, la tarifa de suscripción anulará todo. Y sin ella, el costo aún tendrá que cubrir el mantenimiento de la red LoRaWAN, que tampoco es barata.

Todavía hay un pequeño ahorro en el trabajo de los equipos de emergencia, que ahora planean trabajar de manera mucho más óptima. Pero ella no salvará.

Resulta que todo en vano?

No De hecho, la respuesta correcta aquí es esta.

Administrar cada linterna es parte de una ciudad inteligente. La parte que no se guarda directamente, y por la que incluso tienes que pagar un poco más. Pero a cambio obtenemos algo importante. En esta arquitectura, tenemos un alimento constante garantizado en cada pilar durante todo el día. No solo de noche.

Casi todos los proveedores enfrentaron un problema. Necesitamos hacer wi-fi en la plaza principal. O video vigilancia en el parque. La administración da el visto bueno y brinda apoyo. Pero el problema es que los postes de luz y la electricidad están ahí solo de noche. Tenemos que ser sabios, extraer energía adicional a lo largo de los soportes, poner baterías y otras cosas extrañas.

En el caso de controlar cada lámpara, podemos colgar tranquilamente algo más en un poste con una lámpara y hacerla "inteligente".

Y aquí nuevamente la cuestión de la economía y la aplicabilidad. En algún lugar en la parte trasera de la ciudad, SHUNO es suficiente para la vista. En el centro, tiene sentido construir algo más complejo y manejable.

Lo principal es que en estos cálculos se deben indicar los números reales, y no los sueños sobre Internet de las cosas.

PD: para este año pude hablar con muchos ingenieros dedicados al campo de la iluminación. Y algunos me argumentaron que todavía hay una economía en el manejo de cada lámpara. Estoy abierto a la discusión, mis cálculos están dados. Si puedes demostrar lo contrario, escribiré sobre eso.