Беспроводная система управления электроустановками

При разработке новых проектов управления энергосистемой всегда приходится искать компромисс между начальными и эксплуатационными затратами, причем следует учитывать, что при постоянно растущих тарифах на электроэнергию сокращается срок окупаемости энергосберегающих проектов. Для сравнения различных вариантов проекта представляют большой интерес экспертные оценки потенциала различных способов энергосбережения [8].
В наибольшей степени можно снизить потери, полностью отключая источники света (ИС) в те периоды, когда можно использовать естественное освещение или в отсутствие людей на освещаемом объекте. Таким же образом можно задавать режимы работы производственных установок и контролировать их в едином центре мониторинга (см. п. 2.1). При таком отключении на некоторых временных интервалах достигается 100%-ная экономия электроэнергии.
Системы автоматического управления (САУ) или автоматизированные системы управления (АСУ) могут анализировать обстановку на объекте, принимать решение об отключении или изменении светового потока и выполнять его без участия человека.
При этом оператор АСУ может контролировать течение процесса и корректировать его в нестандартных ситуациях. Во многих случаях полная темнота на объекте нежелательна по соображениям безопасности или комфортности, и даже в отсутствии человека следует оставлять некоторый минимальный уровень освещенности (дежурное освещение). Снизить световой поток можно, отключив часть ИС, и в этом случае задачу сбережения электроэнергии также наиболее эффективно выполняет АСУ.
Для беспроводной передачи данных между интеллектуальными устройствами сети используются радиочастотные или инфракрасные волны.
Ключевым компонентом при этом служит беспроводной концентратор, или пункт доступа, используемый для распределения сигнала, как это показано на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Беспроводная передача данных
Чтобы получать сигналы от пункта доступа, на контроллере необходимо установить беспроводную сетевую плату адаптера интерфейса. Для распространения радиосигналов не требуется никакой специальной физической среды, следовательно, это чрезвычайно универсальный способ формирования сетей [17].
В общем виде обмен информацией с помощью ИК-излучения выглядит следующим образом.
Управляющее устройство, например пульт управления, излучает последовательность импульсов с помощью инфракрасного диода с заданной длиной волны. Как правило, эта последовательность импульсов требует модуляции, для того чтобы приемник мог без проблем выделить полезную составляющую на фоне помех.
На стороне приемника ИК-излучения обычно стоят микроконтроллер, микросхема демодулятора и чувствительный элемент с максимумом чувствительности на той же длине волны, что и у диода передатчика. Обработав программными средствами выделенную демодулятором последовательность импульсов, микроконтроллер произведет действие, соответствующее этой последовательности, например выключение светильника. Использование ИК передачи информации целесообразно исключительно при общении «точка-точка», создание сетей другой топологии (звезда, кольцо, каждый с каждым и т.п.) практически невозможно из-за необходимости расположения всех узлов в прямой видимости и ограниченной дальности связи (до 10 м). Как правило, при общении «точка-точка» управляющее устройство должно различать объекты управления. Идентификация реализуется установкой на приемник аппаратного регистра адреса (DIP-переключатель).
При светодиодном освещении регулируемыми становятся источники электропитания (ИЭП) с характеристикой источника тока, часто называемые драйверами

. Электромагнитные элементы работают в таких ИЭП на повышенной частоте, что позволяет уменьшить их габаритные размеры и сопротивление обмоток и вследствие этого снизить потери в этих элементах. Наличие ключевых элементов в составе ЭПРА и драйверов СИД позволяет использовать эти ключи для того, чтобы отключать и регулировать питание ИС по цепям управления с помощью маломощных сигналов.
Собственные потери в ЭПРА во всех режимах работы постоянно контролируются разработчиками, их стараются снизить путем совершенствования схемы и элементной базы, повышающих КПД как самих ИЭП, так и питаемых ими ламп.
Важнейший способ сбережения энергии -повышение коэффициента мощности ИЭП, подключенных к силовой сети. При этом снижается действующее значение реактивного тока, а также токов высших гармоник и связанные с ними потери.
Стремление свести к минимуму неактивные составляющие мощности, создаваемые ИЭП, привело к появлению в их составе специального устройства – корректора коэффициента мощности (ККМ). Он представляет собой преобразователь переменного напряжения в постоянное (AC/DC), в котором реализуется идея непосредственного управления формой потребляемого тока с помощью электронного регулятора. Закону правления стараются сделать таким, чтобы ток, потребляемый от сети, максимально приближался к синусоидальному, совпадающему по фазе с сетевым напряжением, т.е. к форме тока, потребляемого чисто активной нагрузкой [6]. Для исключения помех на входе ККМ имеется сетевой фильтр (EMI-фильтр), снижающий уровень высших гармонических составляющих тока, потребляемого из сети. Введение дополнительного блока в источник питания СИД приводит к росту объема и цены этих устройств, что не выгодно потребителю, поэтому производителей побуждают к введению ККМ принятием государственных стандартов и увеличением платы за электроэнергию при пониженном коэффициенте мощности.
Основными элементами системы управления освещением являются источники.
На рис. 3.5 в качестве таких источников показаны светодиодный светильник и лампа, которые в настоящее время служат основными типами ИС для энергосберегающих осветительных устройств.
Существует огромное разнообразие освещаемых объектов, относительно каждого предъявляются специфические требования к системам освещения. Для подключения к питающей сети светодиодных ламп требуются специальные драйверы.
В САУ освещением эти ИЭП являются интеллектуальными компонентами, подключаемыми к каналу управления и черезсчетчик электроэнергии к силовой сети [6].
Счетчик электроэнергии также является интеллектуальным прибором, подключенным к шине интерфейса, и может посылать информацию в диспетчерский пункт.
Рис.3.5. Структура АСУ
Лампа вместе с ИЭП обеспечивает определенный уровень освещенности: нулевой, если ИЭП выключен, рабочий, если он включен и работает в номинальном режиме, и пониженный, зависящий от уровня сигнала, приходящего на ИЭП по цепи управления.
Этот сигнал формируется контроллером объекта освещения после обработки информации, поступающей на контроллер от мультидатчика, содержащего несколько датчиков, сообщающих контроллеру об обстановке на объекте: уровнях естественной и искусственной освещенности (датчик освещенности ДО на рис. 3.5) и о присутствии там людей (датчик движения ДД или датчик присутствия ДП).
Мультидатчик в системе АСУ — также интеллектуальный прибор, подключенный к шине интерфейса и передающий информацию контроллеру объекта или серверу диспетчерского пункта.
Контроллер объекта помимо обработки информации от мультидатчика формирует на ИЭП каждого обслуживаемого им светильника управляющий сигнал, определяющий мощность, поступающую в лампы от сети питания