Notas do provedor de IoT. Tecnologia e economia LoRaWAN em iluminação urbana

Na última série ...

Há cerca de um ano, escrevi sobre o gerenciamento da iluminação urbana em uma de nossas cidades. Tudo era muito simples lá: de acordo com o cronograma, a energia das lâmpadas era ligada e desligada através do SHUNO (gabinete de controle para iluminação externa). Havia um revezamento no SHUNO, ao comando do qual uma cadeia de luzes estava ligada. Do interessante, talvez, apenas que foi feito através do LoRaWAN.

Como você se lembra, inicialmente fomos criados nos módulos SI-12 (Fig. 1) da Vega. Mesmo no estágio piloto, tivemos problemas imediatamente.


Figura 1. - Módulo SI-12

1. Dependíamos da rede LoRaWAN. Interferência séria no travamento do ar ou do servidor e temos problemas com a iluminação da cidade. Improvável, mas possível.
2. O SI-12 possui apenas uma entrada de pulso. Você pode conectar um medidor elétrico a ele e ler as leituras atuais dele. Porém, por um curto período de tempo (5 a 10 minutos), é impossível rastrear o salto no consumo que ocorre após acender as luzes. Abaixo vou explicar por que isso é importante.
3. O problema é mais sério. Módulos SI-12 pendurados de forma estável. Cerca de uma vez a cada 20 execuções. Em conjunto com a Vega, tentamos eliminar a causa. Durante o piloto, dois novos módulos de firmware e uma nova versão do servidor foram lançados, onde eles corrigiram vários problemas sérios. No final, os módulos pararam de pendurar. E ainda assim nos afastamos deles.

E agora ...

No momento, construímos um projeto muito mais avançado.

É baseado nos módulos IS-Industry (Fig. 2). O ferro foi desenvolvido pelo nosso fornecedor, eles mesmos escreveram o firmware. Este é um módulo muito inteligente. Dependendo do firmware carregado, ele pode controlar a iluminação ou interrogar os dispositivos de medição com um grande conjunto de parâmetros. Por exemplo, medidores de calor ou medidores de eletricidade trifásicos.
Algumas palavras sobre o que é implementado.


Figura 2. - Módulo IS-Industry

1. A partir de agora, o IS-Industry tem sua própria memória. Com o firmware for light, as chamadas estratégias são carregadas remotamente nessa memória. De fato, esse é um cronograma para ativar / desativar o SHUNO por um determinado período. Não dependemos mais do canal de rádio ao ligá-lo e desligá-lo. Dentro do módulo, há um cronograma segundo o qual ele funciona, independentemente de qualquer coisa. Cada prática é necessariamente acompanhada de um comando para o servidor. O servidor deve saber que nosso estado mudou.

2. O mesmo módulo pode interrogar o medidor elétrico no SHUNO. A cada hora, pacotes vêm dele com consumo e um monte de parâmetros que o medidor pode produzir.
Mas esse não é o ponto. Dois minutos após a mudança de estado, um comando extraordinário é enviado com leituras instantâneas do contador. A partir deles, podemos julgar que a luz realmente se acende ou se apaga. Ou algo deu errado. Existem dois indicadores na interface. O comutador mostra o status atual do módulo. A lâmpada está ligada à ausência ou presença de consumo. Se esses estados se contradizem (o módulo está desligado, mas o consumo está ativado e vice-versa), a linha com o SHUNO é destacada em vermelho e um alarme é gerado (Fig. 3). No outono, esse sistema nos ajudou a encontrar um relé de partida emperrado. De fato, o problema não é nosso, nosso módulo funcionou corretamente. Mas trabalhamos no interesse do cliente. Portanto, eles devem mostrar a ele quaisquer acidentes devido aos quais possa haver problemas com a iluminação.


Figura 3. - O consumo contradiz o estado do relé. Portanto, a linha é destacada em vermelho

De acordo com as leituras horárias, os gráficos são construídos.

A lógica é a mesma da última vez. Monitoramos o fato de incluir um aumento no consumo de eletricidade. Acompanhe o consumo médio. O consumo abaixo da mediana - parte das lâmpadas queimadas acima - roubam eletricidade de um pilar.

3. Pacotes regulares com informações sobre consumo e que o módulo está em ordem. Eles vêm em momentos diferentes e não criam uma queda pelo ar.

4. Como antes, podemos ativar ou desativar o SHUNO a qualquer momento. É necessário, por exemplo, procurar uma lanterna queimada em uma corrente por uma brigada de emergência.

Essas melhorias às vezes aumentam a tolerância a falhas.
Este modelo de gestão é agora talvez o mais exigido na Rússia.

E também ...

Fomos mais longe.

O fato é que geralmente você pode se afastar do ShUNO no sentido clássico e controlar cada lâmpada individualmente.

Para fazer isso, é necessário que a lanterna suporte o protocolo de escurecimento (0-10, DALI ou algum outro) e tenha um soquete Nemo.

O soquete Nemo é um conector padrão de 7 pinos (na Figura 4), que é frequentemente usado em iluminação pública. A partir da lanterna, os contatos de energia e de interface são enviados para este conector.


Figura 4. - Nemo-soquete

0-10 é um protocolo de controle de iluminação bem conhecido. Já não é jovem, mas está bem estabelecido. Graças aos comandos deste protocolo, podemos não apenas ligar ou desligar a lâmpada, mas também colocá-la no modo de escurecimento. Simplificando, diminua a luz sem desligá-la completamente. Podemos silenciar um determinado valor em porcentagem. 30 ou 70 ou 43.

Funciona assim. No topo do soquete Nemo, nosso módulo de controle está instalado. Este módulo suporta o protocolo 0-10. As equipes passam pelo LoRaWAN através do canal de rádio (Fig. 5).


Figura 5. - Lanterna com um módulo de controle

O que esse módulo pode fazer?

Ele sabe como ligar e desligar a lâmpada, diminuindo-a em uma certa quantidade. E ele sabe acompanhar o consumo da lâmpada. No caso de escurecimento, é observada uma queda no consumo atual.

Agora estamos rastreando não apenas uma cadeia de lanternas, gerenciamos e rastreamos TODAS as lanternas. E, é claro, para cada uma das lâmpadas, podemos obter um certo erro.

Além disso, você pode complicar significativamente a lógica das estratégias.

Por exemplo. Informamos à lâmpada número 5 que ela deve acender às 18-00, às 3-00 diminuída de 50% a 4-50, depois ligar novamente cem% e desligar às 9-20. Tudo isso é facilmente configurado em nossa interface e é formado em uma estratégia de trabalho compreensível para a lâmpada. Essa estratégia é derramada na lâmpada e funciona até que outras equipes cheguem.

Como no caso do módulo para SHUNO, não temos problemas com a perda de comunicações por rádio. Mesmo que algo crítico aconteça com ela, a iluminação continuará funcionando. Além disso, não há queda no ar no momento em que você precisa acender, digamos, cem lâmpadas. Podemos contorná-los com segurança, revezando-se, fazendo leituras e ajustando estratégias. Além disso, com uma certa periodicidade, são configurados pacotes de sinal para que o dispositivo esteja ativo e pronto para se comunicar.
O manuseio não programado ocorrerá apenas em caso de acidente. Felizmente, neste caso, temos tanto luxo como comida constante e podemos pagar a classe C.

Uma questão importante que levantarei novamente. Toda vez que apresentamos nosso sistema, eles me perguntam - que tal um retransmissor de foto? A fotocélula pode ser parafusada lá?

Puramente tecnicamente - não há problemas. Mas todos os clientes com quem conversamos agora se recusam categoricamente a receber informações dos fotossensores. Peça para operar apenas com o cronograma e as fórmulas astronômicas. Ainda assim, a iluminação da cidade é crítica e importante.

E agora a coisa mais importante. A economia

Trabalhar com SHUNO através de um módulo de rádio tem vantagens claras, custo relativamente baixo. Aumenta o controle sobre as luminárias e simplifica a manutenção. Tudo está claro aqui e os benefícios econômicos são óbvios.

Mas com o controle de cada lâmpada, tudo fica mais complicado.

Existem vários projetos implementados semelhantes na Rússia. Seus integradores relatam orgulhosamente que, devido ao escurecimento, eles conseguiram economizar energia e, assim, recuperar o projeto.

Nossa experiência mostra que nem tudo é tão simples.

A seguir, mostro uma tabela com o cálculo do retorno do escurecimento em rublos por ano e em meses para uma lâmpada (Fig. 6).


Figura 6. - Cálculo de economia com escurecimento

Ele mostra quantas horas por dia a iluminação está acesa, com média de meses. Acreditamos que cerca de 30% desse tempo, a lâmpada brilha em 50% da energia e outros 30% em 30% da energia. O resto está na potência máxima. Arredondado para décimos.
Por simplicidade, acredito que no modo de 50% de energia, a lâmpada consome metade do que consome 100%. Isso também está um pouco errado, porque há um consumo do driver, que é constante. I.e. as economias reais sairão menos do que na tabela. Mas, para simplificar a percepção, que seja assim.

Tomaremos o preço por quilowatt de eletricidade em 5 rublos, o preço médio para pessoas jurídicas.

Total, por um ano em uma lâmpada, é realmente possível economizar de 313 rublos a 1409 rublos. Como você pode ver, em dispositivos de baixa potência, o benefício é muito pequeno, com iluminadores poderosos mais interessantes.

E os custos?

O aumento no preço de cada lâmpada, ao adicionar o módulo LoRaWAN, é de cerca de 5500 rublos. Lá, o módulo em si é de cerca de 3.000, mais o custo do Nemo-Socket na lâmpada, outros 1.500 rublos, além de trabalhos de instalação e configuração. Ainda não levo em conta que, para essas lâmpadas, é necessário pagar uma taxa mensal ao proprietário da rede.

Acontece que o retorno do sistema é na melhor das hipóteses (com a lâmpada mais poderosa) um pouco menos de quatro anos. Retorno. Muito tempo.

Mas, mesmo neste caso, tudo será anulado pela taxa mensal. E sem ele, o custo ainda terá que manter a rede LoRaWAN, que também não é barata.

Ainda há uma pequena economia no trabalho das equipes de emergência, que agora planejam trabalhar de maneira muito mais otimizada. Mas ela não vai salvar.

Acontece, tudo em vão?

Não. De fato, a resposta correta aqui é essa.

Gerenciar cada lanterna faz parte de uma cidade inteligente. A parte que não é salva diretamente e pela qual você precisa pagar um pouco mais. Mas, em troca, temos uma coisa importante. Nesta arquitetura, temos um alimento garantido constante em cada pilar o tempo todo. Não apenas à noite.

Quase todos os fornecedores enfrentaram um problema. Precisamos fazer wi-fi na praça principal. Ou videovigilância no parque. A administração dá o aval e fornece suporte. Mas o problema é - os postes de iluminação e a eletricidade só existem à noite. Temos que ser sábios, puxar energia extra ao longo dos suportes, colocar baterias e outras coisas estranhas.

No caso de controlar cada lâmpada, podemos pendurar calmamente outra coisa em um poste com uma lâmpada e torná-la "inteligente".

E aqui novamente a questão da economia e aplicabilidade. Em algum lugar nos arredores da cidade, SHUNO é suficiente para os olhos. No centro, faz sentido criar algo mais complexo e gerenciável.

O principal é que nesses cálculos números reais devem ser indicados, e não sonhos com a Internet das Coisas.

PS Neste ano, consegui conversar com muitos engenheiros envolvidos no campo da iluminação. E alguns argumentaram para mim que ainda há uma economia no gerenciamento de cada lâmpada. Estou aberto à discussão, meus cálculos são dados. Se você puder provar o contrário, escreverei sobre isso.