Microsoft Word - PRAVILNIK o zvanjima-potpisano.doc

Транскрипт

1 ЕЛЕКТРОНСКОМ ФАКУЛТЕТУ У НИШУ ОБРАЗАЦ ЗА ПРИЈАВУ ТЕХНИЧКОГ РЕШЕЊА У складу са одредбама Правилника о поступку и начину вредновања, и квантитавном исказивању научноистраживачких резултата истраживача, који је донео Национални савет за научни и технолошки развој Републике Србије («Службени гласник РС», бр. 38/2008) достављам следеће податке: Обавезни подаци: Aутор/аутори решења: Зоран Петрушић, Андрија Петрушић, Драган Вучковић, Игор Јовановић, Угљеша Јовановић, Драган Радивојевић, Драган Манчић Назив техничког решења: Систем за контролу рада јавног осветљења Категорија техничког решења: М85 Прототип, нова метода, софтвер, стандардизован или атестиран инструмент, нова генска проба, микроорганизми - лабораторијски прототип За кога је решење рађено и у оквиру ког пројекта МНТР: Решење је рађено за фирму NT SOFT из Ниша, на пројекту са ев. бр. ТР33035: Развој, реализација, оптимизација и мониторинг мрежног модуларног ротирајућег фотонапонског система снаге 5 kw (руководилац пројекта: проф. др Драган Манчић); Ко решење користи, тј. ко је прихватио примењује решење Корисник овог резултата пројекта је фирма NT SOFT из Ниша Година када је решење урађено: г. Како су резултати верификовани (од стране ког тела): Верификација резултата је извршена од стране: - Комисије за одобравање техничких решења Електронског факултета; - Научно-наставног већа Електронског факултета; - Овлашћеног лица корисника резултата NT SOFT из Ниша На који начин се резултати користе: Систем је инсталиран у фирми NT SOFT из Ниша Област на коју се техничко решење односи: Електроника Проблем који се техничким решењем решава: Ово техничко решење представља један мерно-информациони систем за контролу рада јавног осветљења у нашим условима. Предложени систем уводи централно управљање и контролу рада комплетног система јавног осветљења преко рачунара. Архитектура реализованог система је модуларног типа и представља један комплетан систем за даљински надзор и управљање системом јавног осветљења. Комуникација са центром за надзор се одвија путем GPRS-a, а хардверска структура једног контролног модула представља специјализовани микроконтролер заснован на мултипроцесорском систему, који

2 поред командовања укључењем и искључењем јавне расвете надгледа и рад мерне групе и аналогног интерфејса, при чему остварује и велики број додатних функција. Реализовани мерно-информациони систем за контролу рада јавног осветљења имплементира све функције оваквих савремених светских система, а усвајањем концепта модуларности испуњава и најједноставније захтеве у погледу локација са ниском интеграцијом светиљки. Применом линијске регулације снаге извора светлости, или неког другог принципа, остварује се уштеда електричне енергије до 40% код типова светиљки које се тренутно користе у системима расвете. Увођењем напредне технологије са новим LED светиљкама перформансе система у потпуности долазе до изражаја. Предност овог система су надгледање, контрола и управљање комплексном инсталацијом јавног осветљења из једног командног центра, чиме се знатно повећава поузданост рада инсталације и смањују трошкови њеног одржавања. Рад система не зависи од конфигурације енергетске мреже, јер се комуникација за трансфер података, алармних статуса, командних наредби и др., остварује бежичним путем. Стање решености тог проблема у свету: Концепција постојећих решења управљања јавном расветом углавном се заснива на системима аутономног локалног управљања потрошачима који су лоцирани у склопу, или поред трафостаница за дистрибуцију електричне енергије. Ови управљачки системи снабдевени су старијим уређајима за аутоматско управљање, где се укључење и искључење јавне расвете врши у зависности од доба дана на основу унетог временског календара или у зависности од нивоа природне осветљености одговарајућих делова насеља. Објашњење суштине техничког решења и детаљан опис са карактеристикама, укључујући и пратеће илустрације и техничке цртеже: Изглед реализованог мерно-информационог система за контролу јавног осветљења приказан је на слици 1, док је детаљан технички опис система дат у Прилогу. Слика 1. Изглед реализованог мерно-информационог система за контролу јавног осветљења Како је решење реализовано и где се примењује, односно које су могућности примене: Микропроцесорски систем који је реализован, развијен је на основу увида у тренутно стање домаћих система јавне расвете и анализе постојећих оваквих система доступних на светском тржишту. Реализовани систем је инсталиран у реону уличног осветљења на подручју Дома студената у Нишу. Усвојена софтверска подршка, заснована на SKADA систему, омогућава праћење и управљање радом система из једног диспечерског центра. Управљање јавном расветом врши се из командног центра, при чему систем подржава све постојеће варијанте комуникационих линија, а избор комуникације зависи од техничких услова у појединим насељима у којима се уграђује овај систем. Реализацијом оваквог

3 централизованог мерно-информационог система, трошкови јавног осветљења смањују се на два начина. Први начин се односи на смањење потрошње електричне енергије до нивоа од 30% применом система за редукцију светлосног флукса и оптимизацијом радног циклуса астрономским календаром. Други начин везан је за смањење трошкова у фази одржавања јавног осветљења. Мерно-информациони систем омогућава аутоматску детекцију кварова, генерисање извештаја за сервисне екипе, праћење квалитета уграђених компоненти и приближавања отказног рока, и елиминише употребу специјализоване опреме за сервисирање, чиме се трошкови одржавања смањују за 30 до 40%. Реализовани систем омогућава рад са свим постојећим типовима извора светлости и њиховим комбинацијама, који се у области расвете код нас користе. Подносилац пријаве др Драган Манчић, ред. проф.

4 PRILOG Opis tehničkog rešenja - laboratorijskog prototipa

5 Uvod U ovom tehničkom rešenju je prikazana realizacija jednog merno-informacionog sistema za kontrolu rada javnog osvetljenja u našim uslovima, na području Republike Srbije. Data je detaljna hardverska i softverska struktura mikroprocesorskog kontrolnog modula koji je instaliran u reonu uličnog osvetljenja na području Doma studenata u Nišu. Realizovani sistem je neprekidno radio u vremenskom intervalu od 6 meseci. Takođe, prikazani su eksperimentalni rezultati dobijeni na realizovanom sistemu. Približno 19% ukupne električne energije na svetu troši se na veštačko osvetljenje. Više od 33% te energije moglo bi se uštedeti korišćenjem energetski efikasnih sijalica, što odgovara uštedi od preko 900 milijardi kwh. Ukoliko bi se ostvarila ovakva ušteda, količina od 1,3 milijarde tona ugljen-dioksida, koja se godišnje emituje u atmosferu zbog veštačkog osvetljenja, smanjila bi se za 450 miliona tona. Nemačko udruženje proizvođača električnih i elektronskih uređaja (ZVEI) procenjuje da je gotovo polovina uličnog osvetljenja u Nemačkoj na tehničkom nivou iz godine. Zbog toga je Nemačka, a sada i Evropska unija, usvojila čitav niz standarda, preporuka i zakona iz ove oblasti, pri čemu posebno treba naglasiti i usvajanje dinamike o postepenom prelazu na ulično osvetljenje sa LED sijalicama do godine. Koncepcija postojećih rešenja upravljanja javnom rasvetom uglavnom se zasniva na sistemima autonomnog lokalnog upravljanja potrošačima koji su locirani u sklopu, ili pored trafostanica za distribuciju električne energije. Ovi upravljački sistemi snabdeveni su starijim uređajima za automatsko upravljanje, gde se uključenje i isključenje javne rasvete vrši u zavisnosti od doba dana na osnovu unetog vremenskog kalendara ili u zavisnosti od nivoa prirodne osvetljenosti odgovarajućih delova naselja. Efekat uštede energije znatno bi se smanjio u slučaju da kontrolni sistemi za rad javne rasvete ne ispunjavaju sve zahteve savremenih inteligentnih merno-kontrolnih sistema ulične rasvete. Analiza sistema vodećih svetskih proizvođača iz ove oblasti, omogućila je da se projektuje sopstveni sistem sa zadovoljavajućim karakteristikama. Sistem koji je prikazan u ovom tehničkom rešenju je razvijen na osnovu uvida u trenutno stanje domaćih sistema javne rasvete i analize postojećih ovakvih sistema dostupnih na svetskom tržištu. Realizacijom ovakvog centralizovanog merno-informacionog sistema, troškovi javnog osvetljenja smanjuju se na dva načina. Prvi način se odnosi na smanjenje potrošnje električne energije do nivoa od 30% primenom sistema za redukciju svetlosnog fluksa i optimizacijom radnog ciklusa astronomskim kalendarom. Drugi način vezan je za smanjenje troškova u fazi održavanja javnog osvetljenja. Merno-informacioni sistem omogućava automatsku detekciju kvarova, generisanje izveštaja za servisne ekipe, praćenje kvaliteta ugrađenih komponenti i približavanja otkaznog roka, i eliminiše upotrebu specijalizovane opreme za servisiranje, čime se troškovi održavanja smanjuju za 30 do 40%. Realizovani sistem omogućava rad sa svim postojećim tipovima izvora svetlosti i njihovim kombinacijama, koji se u oblasti rasvete kod nas koriste. Struktura realizovanog sistema Pri projektovanju sistema bilo je potrebno ostvariti nekoliko zahteva. Prvi zahtev odnosio se na modularnost sistema, kao i na to da usvojena rešenja i primenjene komponente budu sa što dužim vekom trajanja, praktično do 15 godina. Pored toga, funkcionisanje sistema ne treba da zavisi od primenjenog tipa svetiljke, a potrebno je omogućiti i dimovanje, selektivno uključenje i isključenje pojedinih linija rasvete. Takođe, neophodno je uvođenje programske podrške o praćenju parametara sistema, što je bitno sa stanovišta pouzdanosti, održavanja, optimizacije, kao i detekcije otkaza svetiljki. Na kraju, bilo je potrebno realizovati inteligentni sistem upravljanja sa

6 dominatnom automatskom kontrolom i odgovarajućom softverskom podrškom, koja se primenjuje u dispečerskim centrima za kontrolu prenosa energije u elektrodistributivnim mrežama. Arhitektura realizovanog sistema je modularnog tipa i predstavlja jedan kompletan sistem za daljinski nadzor i upravljanje sistemom javnog osvetljenja. Osnovna arhitektura predloženog merno-informacionog sistema prikazana je na slici 1a, dok je na slici 1b data struktura osnovne kontrolne jedinice. Komunikacija sa centrom za nadzor se odvija putem GPRS-a, a hardverska struktura jednog kontrolnog modula predstavlja specijalizovani mikrokontroler zasnovan na multiprocesorskom sistemu, koji pored komandovanja uključenjem i isključenjem javne rasvete nadgleda i rad merne grupe i analognog interfejsa, pri čemu ostvaruje i veliki broj dodatnih funkcija. (a) Slika 1: Arhitektura predloženog merno-informacionog sistema (a) i struktura osnovne kontrolne jedinice (b) Predloženi sistem uvodi centralno upravljanje i kontrolu rada kompletnog sistema javnog osvetljenja preko računara. Na taj način ostvaruje se fleksibilno upravljanje i omogućava interaktivno praćenje i optimizacija karakteristika ugrađenih komponenata instalisanog sistema u eksploatacionom periodu. Usvojena softverska podrška, zasnovana na SKADA sistemu, omogućava praćenje i upravljanje radom sistema iz jednog dispečerskog centra. Upravljanje javnom rasvetom vrši se iz komandnog centra, pri čemu sistem podržava sve postojeće varijante komunikacionih linija, a izbor komunikacije zavisi od tehničkih uslova u pojedinim naseljima u kojima se ugrađuje ovaj sistem. Osnovni parametri za uključivanje i isključivanje rasvete su astronomski podaci, odnosno kalendar i datum, pa se na osnovu sata realnog vremena u sistemu automatski vrši usklađivanje sa tačnim vremenom izlaska i zalaska Sunca. U sklopu svakog mikroprocesorskog modula postoji senzorski sklop za merenje nivoa prirodne osvetljenosti okoline. On omogućava da se po potrebi izvrši korekcija trenutka programskog uključenja, odnosno isljučenja javne rasvete, zbog nagle promene meteoroloških ili astronomskih prilika (usled mraka, pojave nevremena, pomračenja Sunca, ili zbog jutarnjih i večernjih usklađivanja sa izlaskom, odnosno zalaskom Sunca, itd). Na slici 2 data je blok šema realizovanog glavnog mikroprocesorskog modula, sa svim pratećim mikroprocesorskim jedinicama preko kojih se ostvaruje softverska kontrola dodatnih uređaja ili specijalizovanih funkcija. Realizovana varijanta sistema koristi se kao hardverski sklop osnovne kontrolne jedinice, koja ostvaruje rad pojedinih svetiljki bežičnom kontrolom. Za lokacije sa nižim nivoom prioriteta koriste se jednostavnije varijante u kojima najčešće nije prisutan RF modem, a u nekim slučajevima se ne koriste ni slave kontroleri CPU3 i CPU4. Hardverska struktura realizovanog multiprocesorskog i multikomunikacionog uređaja se sastoji od glavnog (master) mikrokontrolera i 4 slave mikrokontrolera sa sledećim funkcijama: RF prenos (433MHz ili 833MHz), interfejs drajveri RS 232 i RS 485 i mrežni analizator (blok talasnih oblika). (b)

7 Slika 2: Blok šema realizovanog glavnog mikroprocesorkog modula Hardver osnovne ploče zasnovan je na mikrokontroleru 80C51F126, a sadrži i sledeće sklopove: sat realnog vremena (RTC, real time clock) DS 1307, koji je baterijski podržan; komunikaciju prema slave mikrokontrolerima RS 232 na 5V; komunikacioni modem prema centru nadzora; indikaciju Rx i Tx sa obe komunikacije master procesora; eksterni kvarcni modul na 12MHz za definisanje vremenskih intervala u procesoru. Podržani protokoli u master procesoru su: MOD BUS, IEC , IEC , i RC protokol. Sat realnog vremena je tipa RTC DS Komunikacija prema centru nadzora je takva da je iskorišćen jedan UART glavnog procesora. Podržani su sledeći vidovi komunikacija prema centru nadzora: ethernet, GSM/GPRS modem, DIAL-up modem, ISDN modem, wireless komunikacija i radio modem. Sva merenja u jednom lokalnom sektoru ostvaruju se preko master kontrolera. Na raspolaganju je 16 ADC naponskih ulaza na koje se mogu priključiti mereni naponi sa različitih tačaka unutar energetskog sklopa trafostanice, kao i 16 digitalnih ulaznih linija preko kojih mogu da se detektuju pojedina naponska stanja. Master kontroler takođe komunicira i sa ugrađenom inteligentnom mernom grupom, kao i sa ugrađenim linijskim dimerom maksimalne snage do 40kW. Alarmni sistem omogućava postavljanje različitih alarmnih nivoa, tako da se pojava greške odmah detektuje i tip nastale greške prosleđuje komandnom centru. Merna grupa omogućava merenje potrošnje po svim fazama, a uvođenjem dodatnih strujnih senzora za merenja struje na izlaznim energetskim linijama sistema rasvete ostvarena je i mogućnost praćenja otkaza pojedinačnih sijalica, i automatsko generisanje radnih naloga za njihovu zamenu. Ulazni opsezi analognih signala koje može da meri master kontroler su sledeći: 0 3V DC; 0 5V DC; 0 10mA DC; 0 20mA DC; 4 20mA DC. Dodatne funkcije realizovanog sistema su: očitavanje lokalnih senzora sa rezolucijom od 10 bitova; skeniranje digitalnih ulaza sa vremenskom rezolucijom od 1ms; pamćenje redovnih merenja na svakih 5 minuta; generisanje alarma na promenu digitalnih ulaza; generisanje alarma na promenu analognih merenih veličina; daljinski unos granica merenih analognih veličina; daljinsko konfigurisanje rada master kontrolera; prenos trenutnih merenja i statusa signala; očitavanje merenja statusa i alarma sa slave kontrolera; funkcija komandovanja; sinhronizovanje RTC-a sa vremenom iz centra nadzora; očitavanje vremena sa RTC-a; prenos dijagrama talasnog oblika mrežnog napona u centar nadzora.

8 Slave kontroler za RF komunikaciju podržava daljinsko očitavanje senzora, a kako su izabrani RF modemi predajno-prijemnog tipa, jednostavno se realizuje i bežični sistem za kontrolu rada pojedinih svetiljki ili grupe svetiljki. Komunikacija se odvija na 433MHz ili na 833MHz. Slave mikrokontroleri za RS232 i RS485 komunikaciju omogućavaju digitalno očitavanje sa senzora ili kompletnih mernih uređaja novije generacije preko RS232 ili RS485 portova. Preko ovih kontrolera se u sistem merenja vrši integracija i vrlo složenih mernih uređaja. Slave kontroler za snimanje talasnog oblika mrežnog napona ( crna kutija ) služi za detekciju izobličenja mrežnog napona i veoma je bitan u slučaju pojave incidentnih situacija, jer kasnijom analizom omogućava utvrđivanje uzroka i izvora koji su izazvali defekte u sistemu rasvete. Na slici 3 je prikazan izgled glavnog mikroprocesorskog modula koji je realizovan u ovom tehničkom rešenju, gde se mogu uočiti svi njegovi prethodno opisani sastavni delovi. Realizovani uređaj trenutno poseduje dva relejna izlaza, pri čemu se njihov broj može povećati, jer je broj relejnih izlaza u funkciji broja energetskih linija koje uključuju i isključuju rasvetna tela u pojedinim sektorima, kao i specifičnih zahteva tokom rada ovih linija (polunoćno uključenje, uključenje na zahtev korisnika putem sms poruka i sl.). Slika 3: Izgled glavnog mikroprocesorkog modula Eksperimentalni rezultati Realizovani sistem je instaliran na lokaciji trafo reona Studenskog doma u Nišu (slika 4) i u dužem vremenskom periodu je pouzdano radio u različitim vremenskim uslovima od jeseni do leta. Slika 4: Izgled (a) i lokacija (b) realizovanog sistema

9 Na slici 5 prikazana je struktura uličnog osvetljenja navedene lokacije preko izgleda ekrana za kontrolu u komandnom dispečerskom centru. Daljinska kontrola i upravljanje javnom uličnom rasvetom ostvarena je na delu Bul. N. Tesle i ulice A. Medvedeva, kao i nad pešačkom stazom prema Tvrđavi u Nišu. Svetiljke u sistemu rasvete su bile natrijumove svetiljke visokog pritiska, različite snage: 150W, 250W i 400W. Regulacija svetlosnog fluksa vršena je linijskim dimerom sa mogućnošću kontinualne regulacije napona u opsegu od 170V do 230V i to na izvodu 1 (Bul. N. Tesle) po R i S fazama. Napajanje sistema ostvareno je preko inteligentne merne grupe (80A) koja je obezbeđivala ulazne podatke o naponu, struji, angažovanoj snazi i potrošnji, kako po fazama, tako i ukupne vrednosti. Dodatnim strujnim senzorima dobijane su informacije o vrednostima struja na oba izvoda po svim fazama. Takođe, vršeno je merenje i tri izlazna napona na izvodu 2 (ul. A. Medvedeva i pešačka staza), a podatke o izlaznom naponu sa izvoda 1 obezbeđivao je linijski dimer za regulaciju svetlosnog fluksa. Informacije o statusu osigurača i prekidača u energetskom kolu, kao i o drugim relevantnim stanjima (npr. otvorena vrata ormana), master kontroler je dobijao preko 16 digitalnih ulaza. Slika 5: Izgled ekrana za kontrolu u komandnom dispečerskom centru Od velikog broja specijalizovanih funkcija (u početnoj varijanti 13 dodatnih funkcija), koje su ugrađene u realizovani sistem, posebno treba naglasiti funkciju za prenos dijagrama talasnog oblika mrežnog napona u centar nadzora. Ovaj hardversko-softverski sklop meri mrežni napon sve 3 faze (praktično se mere naponski sinusoidalni talasni oblici u sve 3 faze). Rezolucija snimanja tačaka sinusoide je konfigurabilna i može iznositi 1mS, 0.5mS i 0.25mS. Stalno se vrši snimanje odmeraka napona svih faza sa zadatom rezolucijom. U trenutku pojave incidentnog stanja pamte se prethodnih 30 odmeraka, kao i narednih 70 odmeraka u sve 3 faze. Incidentno stanje je kada mereni odmerak bilo koje faze odstupa od referentno zadatog oblika sinusoide mrežnog napona, bilo da se radi o premašenju ili o podmašenju. Upamćeni dijagrami se upisuju i čuvaju u fleš memoriji slave kontrolera. Uz podatke o talasnom obliku mrežnog napona čuva se i podatak o vremenu dešavanja incidentnog stanja. Upamćeni dijagrami se preko master kontrolera prenose u centar nadzora. Na slici 6 prikazan je sinusoidalni ulazni napon u trenutku pada napona na 0V, i odgovarajući izlazni napon koji se dobija na izlazu ugrađene crne kutije. Sva incidentna stanja se automatski pamte i kasnije prenose u komandni centar gde se arhiviraju sa tačnim vremenom

10 nastale incidentne situacije. (a) (b) Slika 6: Mereni sinusoidalni izlazni napon u trenutku pada napona (a) i modelovani izlazni napon (b) Zaključak Realizovani merno-informacioni sistem za kontrolu rada javnog osvetljenja implementira sve funkcije ovakvih savremenih svetskih sistema, a usvajanjem koncepta modularnosti ispunjava i najjednostavnije zahteve u pogledu lokacija sa niskom integracijom svetiljki. Primenom linijske regulacije snage izvora svetlosti, ili nekog drugog principa, ostvaruje se ušteda električne energije do 40% kod tipova svetiljki koje se trenutno koriste u sistemima rasvete. Uvođenjem napredne tehnologije sa novim LED svetiljkama performanse sistema u potpunosti dolaze do izražaja. Prednost ovog sistema su nadgledanje, kontrola i upravljanje kompleksnom instalacijom javnog osvetljenja iz jednog komandnog centra, čime se znatno povećava pouzdanost rada instalacije i smanjuju troškovi njenog održavanja. Rad sistema ne zavisi od konfiguracije energetske mreže, jer se komunikacija za transfer podataka, alarmnih statusa, komandnih naredbi i dr., ostvaruje bežičnim putem.