Przy okazji wielu realizowanych w Polsce modernizacji oświetlenia ulicznego instalowane są również inteligentne systemy sterowania tym oświetleniem. Do tej pory w naszym kraju nie istniała jednak specyfikacja, która pozwoliłaby inwestorom (najczęściej jednostkom samorządu terytorialnego) obiektywnie porównać poszczególne rozwiązania sterujące. Narzędzie takie, na bazie opracowań funkcjonujących za granicą, przygotowała firma Apanet. Ma ono ułatwić ocenę funkcjonalności i parametrów systemów, niezależnie od producenta czy dostawcy komponentów.

W związku z coraz częściej pojawiającymi się instalacjami Inteligentnych Systemów Sterowania Oświetleniem (Smart Lighting), pochodzącymi od różnych dostawców, coraz pilniejsza staje się potrzeba określenia parametrów i funkcji, jakie spełniać i realizować takie systemy powinny. Pozwoli to na zachowanie uczciwej konkurencji przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiego poziomu technicznego i funkcjonalności. Zachowanie otwartości (innymi słowy umożliwienie współpracy systemów i urządzeń pochodzących od różnych dostawców) pozwoli również na istotną redukcję kosztów oraz uchroni inwestorów od uzależnienia się od konkretnego dostawcy. Niniejszy dokument ma umożliwić bezstronną ocenę i porównanie Inteligentnych Systemów Sterowania Oświetleniem. Może też stanowić podstawę do sporządzania Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówień (SIWZ).

Podstawa merytoryczna

Dokument powstał w oparciu o „Technical Specifications of the Control and Monitoring System to save energy, reduce maintenance costs and enhance maintenance efficiency on our Outdoor Lighting Network” – specyfikację techniczną inteligentnych systemów sterowania oświetleniem ulicznym przygotowaną przez LonMark. Organizacja ta określa standardy systemów sterowania automatyki domowej i przemysłowej i zrzesza największych producentów urządzeń i systemów automatyki (www.lonmark.org). Jako że LonMark skupia głownie producentów i użytkowników standardu LonWorks, z niniejszego opracowania, za zgodą autora, usunięte zostały wszelkie odwołania do tej konkretnej platformy. Takie ujęcie pozwala na zastosowanie specyfikacji do oceny szerokiej gamy systemów sterowania oświetleniem ulicznym.
Pozostałe wykorzystane źródła to:
• e-streetlight – unijny projekt mający na celu wypracowanie metod i standardów wdrażania systemów inteligentnego oświetlenia ulicznego. e-streetlight został stworzony przez IntelligentEnergy – Europe – projekt Komisji Europejskiej (www.e-streetlight.com);
• White Paper of TALQ Consortium (Biała księga konsorcjum TALQ) – konsorcjum największych producentów i instalatorów Inteligentnych Systemów Sterowania Oświetleniem Ulicznym
(www.talq-consortium.org).

Nazewnictwo

W specyfikacji przyjęto ujednolicone definicje produktów.

Sterownik
Urządzenie elektroniczne montowane w oprawie lampy lub w słupie oświetleniowym lub w jego bezpośredniej bliskości. Musi pozwalać na odbiór komend załączania i wyłączania oprawy oświetleniowej, redukcji mocy oprawy i realizować te polecenia poprzez statecznik, zasilacz LED lub inne urządzenie wykonawcze. Powinien pozwalać na realizację pozostałych funkcjonalności wymienionych w niniejszym dokumencie. Musi pozwalać na komunikację z Koncentratorem za pomocą protokołu otwartego (z powszechnie dostępną specyfikacją) i zdefiniowanego w standardzie ISO, wykorzystując istniejącą infrastrukturę.

Koncentrator (Sterownik Segmentowy)
Programowalne urządzenie elektroniczne instalowane w szafce oświetleniowej lub w innym centralnym punkcie sieci oświetleniowej. Powinno, za pomocą wbudowanego zegara astronomicznego, kontrolować zasilanie całej sieci oświetleniowej jak i każdego punktu oświetleniowego, zarówno indywidualnie jak i grupowo, za pomocą protokołu otwartego (z powszechnie dostępną specyfikacją) i zdefiniowanego w standardzie ISO, wykorzystując istniejącą infrastrukturę. Musi pozwalać na wysyłanie komend załączania i wyłączania oprawy oświetleniowej, redukcję mocy oprawy na podstawie harmonogramów zdefiniowanych zdalnie za pomocą Oprogramowania Nadrzędnego i zbieranie danych z każdej oprawy. Komunikacja z Systemem Nadrzędnym musi odbywać się z wykorzystaniem otwartego (z powszechnie dostępną specyfikacją) protokołu komunikacyjnego. Powinna realizować również funkcjonalności wymienione w niniejszym dokumencie.

Oprogramowanie nadrzędne lub CMS (Central Management Software)
Oprogramowanie pozwalające użytkownikowi końcowemu na konfigurację Koncentratorów i Sterowników, zbieranie i archiwizowanie danych pochodzących z Koncentratorów i Sterowników, sygnalizowanie awarii i usterek infrastruktury oświetleniowej, diagnostykę sieci oświetleniowej, generowanie i obsługę alarmów, obserwację i sterowanie dowolnego punktu oświetleniowego w czasie rzeczywistym, analizę zużycia energii elektrycznej, programowanie harmonogramów pracy oświetlenia oraz na realizacje pozostałych funkcjonalności opisanych w niniejszym dokumencie.

Ocena techniczna Sterowników

Wagę (istotność) poszczególnych aspektów oceny określa odpowiednia ilość punktów, podana w nawiasie. Dla czytelności punktację tę przedstawia również tabela 1.

Sposób instalacji (5 pkt)
Sterowniki powinny mieć możliwość montażu zarówno w oprawie oświetleniowej jak i w słupie oświetleniowym. Dostawca powinien opisać sposoby instalacji Sterowników oraz określić ewentualną potrzebę dodatkowych akcesoriów.
Niskie zużycie energii (1 pkt)
Sterownik nie powinien zużywać więcej niż 3 W.

Współpraca z różnymi typami stateczników i zasilaczy (20 pkt)
Sterowniki powinny pozwalać na współpracę z różnymi typami stateczników i zasilaczy za pomocą standardowych interfejsów DALI i 1-10 V (wymagane wsparcie dla obu standardów) i z balastami elektromagnetycznymi. Jeżeli dostawca nie ma w ofercie Sterowników wyposażonych w wymienione interfejsy, powinien dostarczyć listę kompatybilnych Sterowników innych dostawców lub producentów wspierających wymienione standardy.

Kontrola dwóch wyjść (1 pkt)
Dodatkową zaletą może być możliwość sterowania indywidualnie dwóch stateczników lub zasilaczy.

Komunikacja z wykorzystaniem standardowego protokołu (20 pkt)
Sterowniki powinny komunikować się za pomocą standardowych protokołów według specyfikacji ISO z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury. Standard użyty do komunikacji musi być wykorzystywany w Sterownikach produkowanych przez co najmniej pięciu innych producentów.

Przekazywanie (Repeating) sygnału (5 pkt)
Sterowniki powinny pozwalać na przekazywanie sygnału innym Sterownikom w przypadku gdy Koncentrator nie może bezpośrednio skomunikować się z docelowym Sterownikiem.
Detekcja usterek i awarii
(1 pkt za każdy parametr)
Sterowniki powinny pozwalać na wykrywanie:
• usterek i awarii stateczników i zasilaczy,
• awarii lampy,
• zbyt niskiego napięcia zasilania,
• zbyt wysokiego napięcie zasilania,
• zbyt niskiego pobieranego prądu,
• zbyt wysokiego pobieranego prądu,
• zbyt niskiego współczynnika mocy,
• zbyt wysokiej temperatury,
• zbyt niskiej mocy oprawy,
• zbyt wysokiej mocy oprawy.

Pomiary parametrów elektrycznych (1 pkt za każdy parametr)
Sterowniki powinny pozwalać na pomiar:
• napięcia zasilania,
• prądu zasilania,
• mocy aktywnej,
• mocy biernej,
• temperatury,
• współczynnika mocy.

Zliczanie zużytej energii (5 pkt)
Sterownik powinien zliczać i przechowywać dane na temat skumulowanego zużycia energii elektrycznej w kWh.

Zliczanie godzin pracy źródła światła (5 pkt)
Sterownik powinien zliczać i przechowywać godziny pracy źródła światła. Musi być wyposażony w mechanizm pozwalający na wykasowanie liczonej wartości po wymianie źródła światła.

Wejście cyfrowe (1 pkt)
Sterownik powinien być wyposażony w dodatkowe wejście cyfrowe do podłączenia czujnika światła, czujnika ruchu, obecności itp.

Dodatkowy przekaźnik (1 pkt)
Sterownik powinien być wyposażony w dodatkowy przekaźnik. Może on zostać wykorzystany do kontroli zasilania np. oświetlenia dekoracyjnego lub w innym celu. Dostawca powinien poinformować o maksymalnym obciążeniu, jakie może być kontrolowane przez dodatkowy przekaźnik.

Zdalna aktualizacja oprogramowania (10 pkt)
Sterownik powinien umożliwiać zdalną aktualizację oprogramowania z wykorzystaniem podstawowego kanału komunikacji.

Przykładowy system zarządzania oświetleniem. Inwestycja zrealizowana na skrzyżowaniu ulic Innowacyjnej i Współpracy w Biskupicach Podgórnych

Ocena techniczna Koncentratorów

Wagę (istotność) poszczególnych aspektów oceny określa odpowiednia ilość punktów, podana w nawiasie. Dla czytelności punktację tę zamieszczono także w tabeli 2.
06

Łatwość instalacji (15 pkt)
Koncentrator powinien być montowany na szynie DIN, co pozwala na łatwą instalację w typowych skrzynkach elektrycznych. Powinien mieć wymiary mniejsze niż 90 x 140 x 70 mm.

Komunikacja TCP/IP poprzez Ethernet lub GPRS z Oprogramowaniem Nadrzędnym (Ethernet = 10 pkt; GPRS = 5 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić komunikację za pomocą protokołu TCP/IP poprzez Ethernet lub GPRS. Nie może być stosowany żaden własny (niestandardowy) protokół komunikacji. Koncentrator powinien być wyposażony w złącze RJ45 Ethernet (dla połączenia z modemem WiFi, światłowodem, ADSL, 3G) i złącze RS232 dla nisko kosztowego modemu GPRS.

Zdalna konfiguracja (20 pkt)
Koncentrator powinien pozwalać na zdalną konfigurację z wykorzystaniem interfejsu www (przeglądarki www) i za pomocą Oprogramowania Nadrzędnego z wykorzystaniem standardowych protokołów (XML, HTTP). Koncentrator musi komunikować się z Oprogramowaniem Nadrzędnym za pomocą standardowych i otwartych (z powszechnie dostępną specyfikacją) protokołów, takich jak XML, HTTPS, SMTP, wymiana plików CSV lub FTP.

Niskie zużycie energii (1 pkt)
Zużycie mniejsze niż 20 W.

Temperatura pracy (5 pkt)
Koncentrator powinien pozwalać na pracę w temperaturze w zakresie od -40 do +60oC i nie powinien potrzebować dodatkowego ogrzewania lub wentylacji.

Wejścia i wyjścia (5 pkt)
Koncentrator powinien być wyposażony w co najmniej jedno wyjście cyfrowe pozwalające na załączanie zasilania sieci oświetleniowej oraz w co najmniej dwa wejścia cyfrowe do wykrywania otwarcia szafki oświetleniowej lub kontroli innych parametrów zewnętrznych.

Dodatkowe wejścia (20 pkt)
Koncentrator powinien pozwalać na podłączenie dodatkowych wejść cyfrowych lub analogowych (np. moduły wejściowe Modbus) do rejestracji dodatkowych parametrów, sygnałów i zdarzeń (np. otwarcie drzwi szafki, kontrola bezpieczników, kontrola oświetlenia itp.). Do komunikacji z dodatkowymi modułami wejściowymi powinny być wykorzystywane standardowe i otwarte (z powszechnie dostępną specyfikacją) protokoły (np. Modbus, mBUS, LonWorks).

Wbudowany zegar astronomiczny (15 pkt)
W celu uniknięcia komplikacji instalacji Koncentrator powinien mieć wbudowany zegar astronomiczny powalający na zdalną konfiguracje (współrzędne geograficzne). Harmonogramy pracy instalacji oświetleniowej powinny być programowane i realizowane w oparciu o informację o wschodach i zachodach słońca.

Komunikacja ze Sterownikami i zarządzanie siecią (10 pkt)
Koncentrator powinien komunikować się ze Sterownikami za pomocą standardowego i otwartego (z powszechnie dostępną specyfikacją) protokołu ISO z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury. Koncentrator powinien udostępniać informację o jakości komunikacji (poziom sygnału, poziom szumu itp.).

Liczba sterowników na jeden Koncentrator (5 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić kontrolę co najmniej 200 Sterowników, a także umożliwić załączenie lub wyłączenie dowolnego Sterownika w czasie krótszym niż 5 sekund.

Dynamiczne zarządzenie komunikacją i przekazem informacji w sieci (5 pkt)
Koncentrator powinien zapewnić automatyczny mechanizm kontrolujący przekazywanie sygnału (repeating) w sieci (przekazywanie i wzmacnianie sygnałów pomiędzy Sterownikami). Sterowniki pracujące jako przekaźnik (repeater) muszą być ustalane automatycznie (bez konieczności ręcznej konfiguracji). Dostawca systemu powinien opisać sposób realizacji algorytmu konfiguracji sieci. Mechanizm powinien pracować dynamicznie i zapewnić automatyczną reakcję w przypadku awarii Sterownika pracującego jako przekaźnik (automatycznie powinien być ustalany inny przekaźnik).

Praca autonomiczna (5 pkt)
Koncentrator powinien sterować Sterownikami autonomicznie, tj. zapewnić realizację harmonogramów sterowania również w przypadku braku komunikacji z Oprogramowaniem Nadrzędnym. Koncentrator powinien pracować w oparciu o wbudowany system operacyjny czasu rzeczywistego (real-timeembedded operating system).

Sterowanie grupowe (5 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić sterowanie grupami Sterowników (załączanie, wyłączanie i redukcje mocy).

Harmonogramy pracy (10 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić zaprogramowanie wielu różnych harmonogramów pracy, indywidualnie dla każdej grupy Sterowników. Powinien umożliwić użytkownikowi końcowemu ustalanie harmonogramów sterowania oraz definiowania odstępstw: dni (np. 24 grudnia) lub okresów (np. 24 grudnia do 2 stycznia) ze specyficznymi harmonogramami sterowania. Powinien zapewnić mechanizm ustalania priorytetów pomiędzy standardowymi harmonogramami oraz odstępstwami.

Eksport danych do Systemu Nadrzędnego (5 pkt)
Koncentrator powinien wysyłać dane do Systemu Nadrzędnego autonomicznie, bez konieczności ingerencji (zapytań) z Systemu. Powinien je wysyłać codziennie oraz w przypadku zdefiniowanych zdarzeń i alarmów. Ma to na celu zapewnienie łatwej skalowalności systemu sterowania i komunikacji zorientowanej na zdarzenia i uzyskanie wysokiego stopnia reaktywności Systemu Nadrzędnego.

Archiwizacja danych historycznych w przypadku braku komunikacji (5 pkt)
W przypadku utraty komunikacji z Systemem Nadrzędnym koncentrator powinien przechowywać zarejestrowane dane co najmniej przez miesiąc w wewnętrznej pamięci nieulotnej.

Komunikacja Modbus (1 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić sterowanie/odczyt zewnętrznych urządzeń z użyciem protokołu Modbus za pomocą interfejsu RS485 lub RS232.

Odczyt danych z inteligentnych liczników energii elektrycznej (Smart Meters) (10 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić odczyt danych z inteligentnych liczników energii elektrycznej (Smart Meters) z użyciem protokołu Modbus.

Synchronizacja wewnętrznego zegara czasu rzeczywistego (5 pkt)
Koncentrator powinien umożliwić automatyczną synchronizację wewnętrznego zegara czasu rzeczywistego z dowolnymi serwerami czasu rzeczywistego (NTP server). Operacja ta nie powinna wymagać dodatkowej obsługi i powinna być realizowana autonomicznie w określonych cyklach.

Zmiana czasu letniego/zimowego (5 pkt)
Koncentrator powinien automatycznie przestawiać wewnętrzny zegar czasu rzeczywistego w przypadku zmiany czasu letni/zimowy i odwrotnie według zapisanej strefy czasowej.

Programowalność (5 pkt)
Koncentrator powinien umożliwiać uruchamianie dodatkowych aplikacji użytkownika. W tym celu powinno być dostępne środowisko programistyczne umożliwiające tworzenie takich aplikacji.

Klient DYNDNS (dynamiczny DNS) (1 pkt)
Koncentrator powinien być wyposażony w obsługę klienta DYNDNS umożliwiając pracę w sieciach TCP/IP nawet bez stałego adresu IP.

Zdalna aktualizacja oprogramowania (10 pkt)
Koncentrator powinien umożliwiać zdalną aktualizację oprogramowania z wykorzystaniem podstawowego kanału komunikacji.

Podsumowanie

Przyjęta punktacja za poszczególne parametry i funkcje (tab. 1 i tab. 2) także pochodzi ze specyfikacji LonMark. Opisane kryteria nie promują rozwiązań oferowanych przez żadnego producenta. Celem zaadaptowania narzędzia oceny Inteligentnych Systemów Sterowania Oświetleniem było stworzenie klasyfikacji ułatwiającej dobór odpowiedniego systemu spośród wszystkich produktów dostępnych na rynku.

Piotr Leszczyński
Autor jest pracownikiem
firmy Apanet