Notes du fournisseur IoT. Technologie et économie LoRaWAN dans l'éclairage urbain

Dans la dernière série ...

Il y a environ un an, j'ai écrit sur la gestion de l'éclairage urbain dans l'une de nos villes. Tout y était très simple: selon le planning, l'alimentation des lampes était activée et désactivée via le SHUNO (armoire de commande pour l'éclairage extérieur). Il y avait un relais dans le SHUNO, au commandement duquel une chaîne de lumières était allumée. De l'intéressant, peut-être, seulement que cela a été fait via LoRaWAN.

Comme vous vous en souvenez, au départ, nous avons été construits sur des modules SI-12 (Fig. 1) de Vega. Même au stade pilote, nous avons immédiatement eu des problèmes.


Figure 1. - Module SI-12

1. Nous dépendions du réseau LoRaWAN. Interférence grave sur l'air ou crash du serveur et nous avons des problèmes avec l'éclairage de la ville. Peu probable, mais possible.
2. Le SI-12 n'a qu'une entrée d'impulsion. Vous pouvez y connecter un compteur électrique et y lire les relevés actuels. Mais pendant une courte période (5-10 minutes), il est impossible de suivre le saut de consommation qui se produit après avoir allumé les lumières. Ci-dessous, je vais expliquer pourquoi c'est important.
3. Le problème est plus grave. Modules SI-12 suspendus de manière stable. Environ une fois toutes les 20 courses. En collaboration avec Vega, nous avons essayé d'éliminer la cause. Au cours du pilote, deux nouveaux micrologiciels de module et une nouvelle version de serveur ont été publiés, où ils ont résolu plusieurs problèmes graves. À la fin, les modules ont cessé de se bloquer. Et pourtant nous nous sommes éloignés d'eux.

Et maintenant ...

Pour le moment, nous avons construit un projet beaucoup plus avancé.

Il est basé sur des modules IS-Industry (Fig. 2). Iron a été développé par notre sous-traitant, ils ont eux-mêmes écrit le firmware. Ceci est un module très intelligent. Selon le micrologiciel qui y est chargé, il peut contrôler l'éclairage ou interroger les appareils de mesure avec un large ensemble de paramètres. Par exemple, des compteurs de chaleur ou des compteurs d'électricité triphasés.
Quelques mots sur ce qui est mis en œuvre.


Figure 2. - Module IS-Industry

1. Désormais, IS-Industry a sa propre mémoire. Avec le firmware pour la lumière, les soi-disant stratégies sont chargées à distance dans cette mémoire. En fait, il s'agit d'un programme d'activation / désactivation de SHUNO pendant une certaine période. Nous ne dépendons plus du canal radio lors de son allumage et extinction. À l'intérieur du module, il y a un calendrier selon lequel cela fonctionne indépendamment de quoi que ce soit. Chaque pratique est nécessairement accompagnée d'une commande au serveur. Le serveur doit savoir que notre état a changé.

2. Le même module peut interroger le compteur électrique du SHUNO. Toutes les heures, des paquets viennent de lui avec une consommation et un tas de paramètres que le compteur peut produire.
Mais ce n'est pas l'essentiel. Deux minutes après le changement d'état, une commande extraordinaire est envoyée avec des relevés de compteur instantanés. D'après eux, nous pouvons juger que la lumière s'est vraiment allumée ou éteinte. Ou quelque chose s'est mal passé. Il y a deux indicateurs dans l'interface. Le commutateur affiche l'état actuel du module. L'ampoule est liée à l'absence ou à la présence de consommation. Si ces états se contredisent (le module est éteint, mais la consommation est allumée et vice versa), alors la ligne avec le SHUNO est surlignée en rouge et une alarme est générée (Fig.3). À l'automne, un tel système nous a aidés à trouver un relais-démarreur coincé. En fait, le problème n'est pas le nôtre, notre module fonctionnait correctement. Mais nous travaillons dans l'intérêt du client. Par conséquent, ils doivent lui montrer tout accident pouvant entraîner des problèmes d'éclairage.


Figure 3. - La consommation contredit l'état du relais. Par conséquent, la ligne est surlignée en rouge

Selon les relevés horaires, des graphiques sont construits.

La logique est la même que la dernière fois. Nous surveillons le fait d'inclure l'augmentation de la consommation d'électricité. Suivez la consommation médiane. Consommation en dessous de la médiane - une partie des lampes s'est éteinte, au-dessus - elles volent l'électricité d'un pilier.

3. Paquets réguliers avec des informations sur la consommation et que le module est en ordre. Ils viennent à des moments différents et ne créent pas d'écrasement dans l'air.

4. Comme précédemment, nous pouvons forcer la mise sous / hors tension du SHUNO à tout moment. Il est nécessaire, par exemple, de rechercher une lanterne brûlée dans une chaîne par une brigade d'urgence.

De telles améliorations augmentent parfois la tolérance aux pannes.
Ce modèle de gestion est aujourd'hui peut-être le plus demandé en Russie.

Et aussi ...

Nous sommes allés plus loin.

Le fait est que vous pouvez généralement vous éloigner de ShUNO dans le sens classique et contrôler chaque lampe individuellement.

Pour ce faire, il est nécessaire que la lampe de poche supporte le protocole de gradation (0-10, DALI ou autre) et dispose d'une prise Nemo.

La prise Nemo est un connecteur standard à 7 broches (sur la figure 4), qui est souvent utilisé dans l'éclairage public. De la lampe de poche, les contacts d'alimentation et d'interface sont émis vers ce connecteur.


Figure 4. - Prise Nemo

0-10 est un protocole de contrôle d'éclairage bien connu. Déjà pas jeune, mais bien établi. Grâce aux commandes de ce protocole, nous pouvons non seulement allumer ou éteindre la lampe, mais aussi la mettre en mode de gradation. Autrement dit, tamisez la lumière sans l'éteindre complètement. Nous pouvons couper une certaine valeur en pourcentage. 30 ou 70 ou 43.

Cela fonctionne comme ça. En plus de la prise Nemo, notre module de contrôle est installé. Ce module prend en charge le protocole 0-10. Les équipes passent par LoRaWAN via le canal radio (Fig. 5).


Figure 5. - Lampe de poche avec module de commande

Que peut faire ce module?

Il sait comment allumer et éteindre la lampe, en l'atténuant d'une certaine quantité. Et il sait comment suivre la consommation de la lampe. En cas de variation, une baisse de la consommation de courant est observée.

Maintenant, nous suivons non seulement une chaîne de lanternes, nous gérons et suivons CHAQUE lanterne. Et, bien sûr, pour chacune des lampes, nous pouvons obtenir une certaine erreur.

De plus, vous pouvez considérablement compliquer la logique des stratégies.

Par exemple. Nous informons la lampe numéro 5 qu'elle doit s'allumer à 18-00, à 3-00 grisée de 50% à 4-50, puis rallumer à cent pour cent et s'éteindre à 9-20. Tout cela se configure facilement dans notre interface et se transforme en une stratégie de travail compréhensible pour la lampe. Cette stratégie est versée sur la lampe et elle fonctionne jusqu'à l'arrivée d'autres équipes.

Comme dans le cas du module pour SHUNO, nous n'avons aucun problème avec la perte de communications radio. Même si quelque chose de critique lui arrive, l'éclairage continuera de fonctionner. De plus, il n'y a pas d'écrasement dans l'air au moment où vous devez allumer, disons, une centaine de lampes. Nous pouvons les contourner en toute sécurité à tour de rôle, en lisant et en ajustant les stratégies. De plus, avec une certaine périodicité, les paquets de signaux sont configurés pour que l'appareil soit vivant et prêt à communiquer.
Une manipulation imprévue ne se fera qu'en cas d'accident. Heureusement, dans ce cas, nous avons un luxe tel que la nourriture constante et nous pouvons nous permettre la classe C.

Une question importante que je reviendrai. Chaque fois que nous présentons notre système, ils me demandent - qu'en est-il d'un relais photo? Peut-on y visser la photocellule?

Purement technique - il n'y a aucun problème. Mais tous les clients avec qui nous discutons maintenant refusent catégoriquement de prendre des informations des capteurs photo. Demandez à fonctionner uniquement avec le calendrier et les formules astronomiques. Pourtant, l'éclairage de la ville est critique et important.

Et maintenant, la chose la plus importante. L'économie.

Travailler avec SHUNO via un module radio présente des avantages évidents, un coût relativement faible. Augmente le contrôle des luminaires et simplifie la maintenance. Tout est clair ici et les avantages économiques sont évidents.

Mais avec le contrôle de chaque lampe, tout est plus compliqué.

Il existe plusieurs projets similaires mis en œuvre en Russie. Leurs intégrateurs rapportent fièrement qu'en raison de la gradation, ils ont réussi à réaliser des économies d'énergie et ainsi récupérer le projet.

Notre expérience montre que tout n'est pas si simple.

Ci-dessous, je donne un tableau avec le calcul de la rentabilité de la variation en roubles par an et en mois pour une lampe (Fig. 6).


Figure 6. - Calcul des économies de gradation

Il indique le nombre d'heures d'éclairage par jour, en moyenne sur plusieurs mois. Nous pensons qu'environ 30% de ce temps, la lampe brille à 50% de la puissance et 30% à 30% de la puissance. Le reste est à pleine puissance. Arrondi aux dixièmes.
Par souci de simplicité, je crois que dans le mode d'alimentation à 50%, la lampe consomme la moitié de ce qu'elle consomme à 100%. C'est aussi un peu faux, car il y a une consommation du conducteur, qui est constante. C'est-à-dire les économies réelles sortiront moins que dans le tableau. Mais pour la simplicité de la perception, qu'il en soit ainsi.

Nous prendrons le prix du kilowatt d'électricité à 5 roubles, le prix moyen pour les personnes morales.

Au total, pendant un an sur une lampe, il est vraiment possible d'économiser de 313 roubles à 1409 roubles. Comme vous pouvez le voir, sur les appareils à faible consommation, l'avantage est très minime, avec des illuminateurs puissants plus intéressants.

Et les coûts?

La hausse du prix de chaque lampe, lors de l'ajout du module LoRaWAN, est d'environ 5500 roubles. Là, le module lui-même coûte environ 3 000, plus le coût de la prise Nemo sur la lampe, 1 500 roubles supplémentaires, plus les travaux d'installation et de configuration. Cela, je ne tiens toujours pas compte du fait que pour de telles lampes, il est nécessaire de payer une redevance mensuelle au propriétaire du réseau.

Il s'avère que le retour sur investissement du système est au mieux (avec la lampe la plus puissante) un peu moins de quatre ans. Retour sur investissement. Un long moment.

Mais même dans ce cas, tout sera annulé par les frais mensuels. Et sans cela, le coût devra encore reposer sur la maintenance du réseau LoRaWAN, qui n'est pas non plus bon marché.

Il y a encore de petites économies dans le travail des équipes d'urgence, qui prévoient désormais de travailler de manière beaucoup plus optimale. Mais elle ne sauvera pas.

Il s'avère, tout en vain?

Non. En fait, la bonne réponse est la suivante.

La gestion de chaque lanterne fait partie d'une ville intelligente. La partie qui ne sauvegarde pas directement et pour laquelle il faut même payer un petit supplément. Mais en retour, nous obtenons une chose importante. Dans cette architecture, nous avons une alimentation garantie constante sur chaque pilier 24h / 24. Pas seulement la nuit.

Presque tous les fournisseurs ont été confrontés à un problème. Nous devons faire du wi-fi sur la place principale. Ou la vidéosurveillance dans le parc. L'administration donne le feu vert et apporte son soutien. Mais le problème est que les poteaux d'éclairage et l'électricité ne sont là que la nuit. Nous devons être sages, tirer plus de puissance le long des supports, mettre des piles et autres choses étranges.

Dans le cas du contrôle de chaque lampe, nous pouvons accrocher calmement quelque chose d'autre sur un poteau avec une lampe et la rendre «intelligente».

Et là encore la question de l'économie et de l'applicabilité. Quelque part au fond de la ville, SHUNO suffit aux yeux. Au centre, il est logique de construire quelque chose de plus complexe et gérable.

L'essentiel est que dans ces calculs les chiffres réels soient indiqués, et non les rêves sur l'Internet des objets.

PS Pour cette année j'ai réussi à échanger avec de nombreux ingénieurs engagés dans le domaine de l'éclairage. Et certains m'ont fait valoir qu'il y avait encore une économie dans la gestion de chaque lampe. Je suis ouvert à la discussion, mes calculs sont donnés. Si vous pouvez prouver le contraire, je vous en parlerai.