Model řízení veřejného osvětlení

Vyšší odborná škola, Střední škola, Centrum odborné přípravy, Sezimovo Ústí

Model řízení veřejného osvětlení Václav Pešek

student 2.ročníku nástavbového oboru Elektrotechnika MATURITNÍ PROJEKT - PRAKTICKÁ ČÁST MATURITNÍ ZKOUŠKY

Sezimovo Ústí 2008

Žákovský projekt – Václav Pešek, Centrum odborné přípravy, Sezimovo Ústí II

Obsah 1 2 3

Anotace .............................................................................................. 4 Poděkování ........................................................................................ 5 Úvod.................................................................................................... 6 3.1 3.2 3.3

4

Teoretická část .................................................................................. 7 4.1 4.2 4.3

5

Historie veřejného osvětlení ....................................................................................7 Složení veřejného osvětlení .....................................................................................8 Trend v oboru .......................................................................................................11

Manuální projekt .............................................................................. 12 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8

6 7 8

Téma projektu .........................................................................................................6 Způsob řešení..........................................................................................................6 Přínosy projektu ......................................................................................................6

Složení manuálního projektu .................................................................................12 Zapojení................................................................................................................16 Úspora energie ......................................................................................................17 Proudový náraz .....................................................................................................18 Druhy sepnutí a vypnutí VO..................................................................................19 Vývojový diagram.................................................................................................24 Popis vývojového diagramu ..................................................................................25 Seznam zkratek a pojmů........................................................................................25

Závěr ................................................................................................. 26 Použitá literatura ............................................................................. 27 Přílohy .............................................................................................. 28 8.1 8.2

Realizovaný model VO .........................................................................................28 CD ROM s dokumentací .......................................................................................28

2


Žákovský projekt byl zpracován ve 2. ročníku nástavbového oboru E2. Zadavatel práce byl učitel odborného výcviku Ing. Václav Šedivý, kterému tímto děkuji za odborné konzultace. A též děkuji pedagogům této školy: Ing. Vladimírovi Chalupovi a Mgr. Taťáně Horehleďové.

Prohlašuji, že žákovský projekt jsem vypracoval samostatně a k dispozici mi byla odborná literatura.

…………………………….. vlastnoruční podpis autora

V Sezimově Ústí 30. března 2008 3


1 Anotace

Předmětem žákovského projektu je vyhotovení modelu veřejného osvětlení, včetně řízení tohoto modelu pomocí řídícího systému Amini2D pro účely výuky. Žákovský projekt obsahuje vlastní model, kompletní původní technickou dokumentaci, včetně elektronických schémat zapojení. Nedílnou součástí je vypracování a ověření řídícího softwaru ve vývojovém prostředí PSP3 od firmy Amit s.r.o.

Annotation

The subjeck of the pupil's project is to make out the model of the public lighting including the control of this model by Control System Amini2D, which is for education purposes. The pupil's project includes own model, complete original technical documentation including – wiring diagram. The Essentials komponent of this project is the working out checking of the control software in the development systém of PSP3 by Admit copany Ltd.

4


2 Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu této práce Ing. Václavu Šedivému za konzultace a připomínky k projektu. Dále bych chtěl poděkovat Mgr. Taťáně Horehleďové za jazykovou úpravu a Ing. Vladimíru Chalupovi za pomoc při překladu anotace. Zároveň děkuji vedení Střední školy – Centra odborné přípravy, především pedagogům této školy BC. Miroslavu Hospodářskému, Ing. I. Burzalovi a Ing. J. Urbánkovi za pomoc při realizaci žákovského projektu. V neposlední řadě děkuji firmě AMIT, díky níž bylo možné tento projekt zrealizovat.

5


Úvod 2.1

Téma projektu

Jedním z bezpečnostních prvků ve městech a obcích je veřejné osvětlení (zkratka VO), které osvětluje silnice, ulice a veřejná prostranství. Zařízení veřejného osvětlení vlastní obec nebo správce komunikace. Mimo pozemní komunikace, například v uzavřených areálech, v budovách, nebo na železničních stanicích, zřizuje a vlastní osvětlení obvykle vlastník nebo provozovatel pozemku nebo objektu.

2.2

Způsob řešení

Jak je uvedeno v předchozím textu, veřejné osvětlení představuje jeden z bezpečnostních prvků v obci. Z tohoto důvodu je nutno, aby toto bylo velmi spolehlivé a funkční. Současně s rozvojem měst a obcí se zvyšuje počet svíticích bodů. I v malé obci se tedy musíme zabývat vysokým počtem svíticích bodů, a to řádově ve stovkách. Z uvedeného vyplývá, že se jedná o velké spotřebiče elektrické energie, jejíž cena je vysoká a bude se nadále zvyšovat. Spolehlivost a funkčnost je již vyřešena a je bezproblémová. Jiná situace nastává při optimalizaci chodu celého komplexu veřejného osvětlení. Pro řízení optimálního chodu VO se nabízí průmyslový automat, a to jako PLC. Programovatelný automat a především i jeho software jsou schopny bezproblémovou optimalizaci řízení zvládnout. Volba volně programovatelného zařízení je správná, protože každá obec je jiná a má jiné specifické požadavky na řízení. Je zcela jasné, že základní filozofie řízení a optimalizace řízení je shodná. Liší se pouze v určitých bodech. Jak již bylo uvedeno v předchozím textu, cena energií stoupá a na základě mých znalostí navrhuji následující možnosti k jejímu snížení, a to ve správném zapnutí a vypnutí, nebo v méně inkriminovaném bodě odstavit některé svíticí body z funkce. Současně pomocí PLC je možno vysledovat chyby na zařízení a na ně preventivně reagovat. Vzhledem k rozsahu mého žákovského projektu tyto nejsou řešeny.

2.3

Přínosy projektu

Žákovský projekt byl pro mě velkým přínosem v získávání informací a jejich aplikací na profesionální úrovni. Při tvorbě žákovského projektu jsem byl nucen jednat jak s dodavatelskými firmami osvětlení, tak i s pracovníky softwarových kanceláří, které se touto problematikou zabývají. Díky tomuto přístupu jsem si rozšířil své vědomosti a návyky jak v oblastech slaboproudu, tak i v silnoproudu.

6


3 Teoretická část 3.1

Historie veřejného osvětlení

Začátek veřejného osvětlení se datuje od roku 1558, kdy král Jindřich II nechal po Paříži rozmístit 736 kotlů se zapálenou smolou, aby bylo v noci světlo. Podobné nařízení bylo vydáno v Praze císařem Rudolfem II. Účelem bylo osvítit některá místa v hlavním městě. V roce 1723 byla zavedena v Praze první trvalá osvětlení. Bylo na to použito 121 olejových luceren. Tyto lucerny osvětlovaly ,,Královskou cestu“, která vedla od královského sídla na Pražský hrad. Lucerny měly svítit v zimě a po celou noc. Postupně se počet luceren začal zvyšovat, až dosáhl magický počet, a to 1050 kusů v roce 1823. Plynové osvětlení Na počátku 19. století se začínají používat plynové lampy. První takovéto osvětlení bylo v Londýně. Osvěcovalo třídu ,,Pall Mall“, poté byl osvícen i Westminsterský most. K nám se tato vymoženost dostala 15. září 1847. Lampy se rozmístily na Staroměstském náměstí, v Karlově ulici, v Celetné, na Ovocném trhu a na Národní třídě. Pro tento účel byla postavena specializovaná plynárna. O sto let později jich bylo v ulicích kolem 10 000. Od té doby je začaly nahrazovat lampy elektrické. V roce 1985 pak plynové osvětlení z pražských ulic zmizelo úplně, jako poslední byly převedeny na elektřinu stožáry na Hradčanském náměstí a v Loretánské ulici. Na přelomu tisíciletí byl přehodnocen pohled na veřejné osvětlení ve starobylých a významných částech evropských metropolí a znova se začíná používat plynové osvětlení. Prvořadě osvětluje historické části měst.

Moderní plynový lampa

7


Elektronické osvětlení Průlom nastal v roce 1879, kdy Thomas Alva Edison sestrojil vakuovou žárovku. Tato žárovka mohla svítit řadu hodin. První veřejné elektronické osvětlení bylo zavedeno v Anglii a v USA. V roce 1882 první žárovka osvětlovala brněnské divadlo. Elektronické světlo do ulic bylo poprvé instalováno v Jindřichově Hradci. Bylo použito 17 žároveka, a to v roce 1887.

3.2

Složení veřejného osvětlení A) Světla B) Podpěrné a nosné prvky C) Rozvaděče D) Kabelové rozvody E) Řídící prvky

A) Světla Převažuje osvětlení výbojkami, zejména vysokotlakými sodíkovými. Vysokotlaké i nízkotlaké sodíkové výbojky jsou z energetického hlediska nejvhodnější. Jejich světlo má typickou žlutou barvu. Podle některých názorů však „jejich teplota chromatičnosti a zvláště index barevného podání jsou ovšem v rozporu s trendem humanizace lidských sídel, zejména městských center“. Bílým světlem se dosáhne lepších podmínek vidění při stejné intenzitě. Jako zdroj bílého světla se používají vysokotlaké rtuťové výbojky a nejnověji i halogenidové výbojky s keramickým hořákem (70 a 150W se světelným tokem srovnatelným se sodíkovými výbojkami). B) Podpěrné a nosné prvky Stožár je tvořen dříkem (dříky nejnovějších stožárů nemívají kruhový průřez, ale mnohoúhelníkový). Též mívá výložník a nástavec, některé sloupy jsou i dvojramenné nebo víceramenné. V dolní části je patice, v níž jsou umístěny elektrické rozvody a pojistky. Patice s elektronickými rozvody se podle bezpečnostních norem neumisťuje u země, ale obvykle bývají rozvody umístěny v otevírací dutině stožáru v určité výšce přibližné 1m nad zemí.

8


Výložník jednoramenný

Sloup s výložníkem

Výložník dvouramenný 9


C) Rozvaděče Rozvaděče veřejného osvětlení mají vlastní přívod elektrické energie i se samostatným měřičem spotřeby.Umísťují se na vhodném místě komunikace nebo na náměstí tak, aby nepůsobily rušivě. Pro dobrý přístup obsluhy je lze umístit také na vnější straně transformovny. Původní rozvaděče jsou kovové. Mají spoustu nevýhod: korodují, sráží se v nich voda a vlhkost, potřebují též častou obnovu vnějšího nátěru a proto se používají dnes moderní plastové rozvaděče.Rozvaděče většinou obsahují jistič do 150 A ,trojfázový elektroměr do 63 A, stykače do 63 A, pojistky do 63 A. Další vybavení rozvaděčů závisí na druhu ovládáni VO.

Venkovní rozvaděčová souprava VO. D) Kabelové rozvody Rozvod je tvořen třemi fázemi (L1, L2, L3) a jedním středním vodičem (N) a ochraným vodičem (PE). V nové výstavbě a při rekonstrukcích se dnes používají téměř výhradně měděné kabely. Dříve se používaly kabely s hliníkovým jádrem. Prostřednictvím napájecí sítě 10


veřejného osvětlení bývají někdy napájeny i světelné dopravní značky, osvětlení označníků zastávek, světelné výstražné majáčky na dopravních ostrůvcích, osvětlení zastávkových přístřešků, reklamní zařízení, prodejní automaty, veřejné hodiny a podobně. Kabelové rozvody veřejného osvětlení se dimenzují minimálně na úbytek napětí 5 ٪ tak, aby proud jedné fáze středně zatížených obvodů byl 20 až 30 A a velmi zatížených obvodů 40 až max. 50 A. Používaný průřez vodičů je 5 x 10 mm², 5 x 16 mm² a 5 x 25 mm². Počet světelných obvodů na jeden proudový obvod se volí podle místních podmínek tak, aby se na jednu fázi připojilo průměrně 10 až 30 světelných bodů. E) Řídící prvky Moderní řízení veřejného osvětlení umí ovládat a sledovat provozní stav pomocí radiových modemů, pevných telefonních linek, systému GSM apod. Tato technologie se používá v malém zlomku veřejného osvětlení v České Republice.

3.3

Trend v oboru

Osvětlení přechodu Osvětlení přechodů má za účel upozornit řidiče na přítomnost přechodu pro chodce a osvětlit chodce na a u přechodu. Světla jsou umístěna a orientována vůči přechodu pro chodce. Musí být zajištěn pozitivní kontrast a zároveň, aby nedošlo k nadměrnému oslnění řidičů. Jedním z řešení je umístění svítidel v malé vzdálenosti před přechodem z pohledu řidičů přijíždějících vozidel tak, aby chodce osvětlovala ze směru přijíždějících vozidel. Svislá osvětlenost chodců musí být výrazně vyšší než vodorovná osvětlenost přilehlé komunikace zajištěná běžnou osvětlovací soustavou komunikace. V oblastech na obou koncích přechodu, kde chodci čekají před vstupem do jízdního pásu, je také nutno zajistit dostatečnou osvětlenost. Osvětlení omezené na oblast přechodu pro chodce a na úzký pás kolem něj vyvolává divadelní efekt, který pomáhá upoutat pozornost. Štítkování sloupů Štítkování sloupů se používá pro lepší orientaci při opravách VO, nebo další možnost je ještě užitečnější. Při krizových situacích v cizím městě. Stačí přečíst štítek na sloupu operátorce, která za malou chvilku ví, kde se nacházíte a může vám poslat potřebnou pomoc.

11


4 Manuální projekt 4.1

Složení manuálního projektu

A) Zdroj B) Programovatelný automat (PLC) C) Soumrakové čidlo D) Zdroj světla E) Svorkovnice A) Zdroj Slouží pro napájení programovatelného automatu, který je napájen 24 V stejnosměrným napětím. Též dodává napájení pouličnímu osvětlení. B) Programovatelný automat (PLC) U tohoto projektu jsem použil programovatelný automat Amini2D od firmy Amit s.r.o.

Obsahuje: # 8 × GO číslicový výstup 24 V/0,3 A ss # 8 × GO číslicový vstup 24 V ss/st # 8 × analogový vstup # 4 × analogový výstup 0..10 V # RS232 – RJ45 dle EIA-561 # RS485 s galvanickým oddělením # Ethernet 10Mbps, LAN řadič RTL8019AS # Montáž na DIN lištu 35 mm # 16- bitový procesor C167, 1024 KB zálohovaná RAM, 512 KB FLASH, RTC, EEPROM # LCD displej 4 × 20 znaků, klávesnice osm tlačítek # Programování a ladění v prostředí PSP3/SCADET

12


Technické údaje Číslicové vstupy Univerzální střídavý / stejnosměrný

8 × 24 V ss/st Logická 0 min –30 V, max 5 V Logická 1 min 16 V, max 30 V

Galvanické oddělení vstupů

Ano, 300 V

Číslicové výstupy

8 × 24 V/0,3 A ss

Galvanické oddělení výstupů

Ano, 300 V

Ochrana výstupů

Ochrana spínače elektronická

Analogové vstupy

6 × Ni1000 2 × 0..10 V/0..5 V/0..20 mA/Ni1000

Ochrana analogových vstupů

Diody + odpor 10 kOhm

Analogové výstupy

4 × 0..10 V (max. 20 mA)

Sériový komunikační kanál

RS232 (RJ45), dle EIA-561 RS485 s GO (Konektory PA256 VE)

Připojení Ethernet

10 Mbps, RJ45, dle IEEE802.3

Krytí

IP20

Připojení signálů

Šroubovací konektory PA256 VE (5,08 mm)

Napájení

24 V ss ±20 %

Odběr (bez výstupů)

Max. 200 mA při 24 V

Pracovní teplota

0 ÷ 50 °C

Maximální vlhkost okolí

95 % nekondenzující

Hmotnost

500 g

Rozměry (š × v × h)

160 × 95 × 74 mm

Zálohování RAM

5 let PSP3 (NOS)/SCADET (NORTOS) jazyk C (AC166)

Programování

KONEKTORY PRO PERIFERNÍ MODULY Analogové výstupy AO 4 × 10-ti bitový analogový výstup bez GO 1 - 5 Číslicové vstupy

DI

Číslicové výstupy

DO 8 × galvanicky oddělený výstup

Analogové vstupy AI

8 × galvanicky oddělený vstup

6 - 14 15 -23

8 × 10-ti bitový analogový vstup bez GO 24 - 32

Napájení

PWR napájení 24 V ss

33 - 34

Komunikace

RS485

35 - 37

13


Umístění svorek:

C) Soumrakové čidlo U tohoto projektu jsem použil fotorezistor. Je to polovodičová součástka, která mění svůj odpor s osvětlením. Schématická značka

Fotorezistor ke své činnosti využívá fotoefekt, což je vlastnost některých látek např. selenu, že při osvětlení uvolňují elektrony, ale ty neemitují, ale zústávají uvnitř hmoty. Čím více světla, tím více uvolněných elektronů a menší odpor součástky. Fotorezistor má ve tmě přibližně odpor 1 MΩ a na světle 1 kΩ. Amini2D požaduje u analogového vstupu hodnotu 1 kΩ. Proto jsem byl nucen přiřadit paralelně trimr v hodnotě 10KΩ.

14


Zapojení:

D) Zdroj světla Jako zdroj světla jsem použil Led-diody o průměru 5mm. Na osvětlení přechodů jsem použil bílé diody, které mají za účel upozornit řidiče na přítomnost přechodu pro chodce a osvětlit chodce na a u přechodu. Světla jsou umístěna a orientována vůči přechodu pro chodce. Ostatní osvětlení mají barvu žlutou, např. parkoviště, osvětlení vozovky a chodníku. E) Svorkovnice Zapojení:

+

-

U

V W

N

Č id lo

Fotografie:

15

-

+


4.2

Zapojení

Schéma zapojení

16


Umístění zdrojů světla

4.3

Úspora energie

Jak již bylo uvedeno v úvodu, cena energií stoupá, a na základě mých znalostí jsem naprogramoval, aby světla napojená na L2 a L3 vypínala mezi 23. hodinou až 3. hodinou ranní. V tuto dobu je minimální pohyb obyvatel, a proto stačí, když budou svítil světla zapojená na L1.

17


4.4

Proudový náraz

Při zapojení všech fází najednou by vznikl proudový náraz, který by měl za následek výpadek sítě. Proti tomuto jevu se bráním posunutí mezi fázemi při sepnutí. První se sepne fáze L1, až pak L2, a nakonec L3.

18


4.5

Druhy sepnutí a vypnutí VO

Programovatelný automat detekuje dva způsoby zjištění, kdy se má zapnout nebo vypnout veřejné osvětlení. A) Pomocí čidla B) Pomocí softwarového kalendáře C) Pomocí servisního tlačítka A) Pomocí čidla Pokud čidlo zaznamená šero a není rozsvícené veřejné osvětlení, pošle programovatelnému automatu informaci, že má zapnout veřejné osvětlení. Programovatelný automat čeká časovou konstantu, zda má skutečně zapnout veřejné osvětlení. Tuto konstantu používá PLC též i u vypnutí. Je to ověření, zda je opravdu denní světlo. Konstanta chrání proti nechtěnému vypnutí a zapnutí VO. K nechtěným vlivům patří např. odraz světel od projíždějícího automobilu nebo světlo od vandalů, kteří úmyslně svítí na čidlo ve snaze vypnout veřejné osvětlení.

19


20


B) Pomocí softwarového kalendáře Softwarový kalendář reaguje, když selže sepnutí pomocí čidla. Je to taková jistota pro správné vypnutí a zapnutí VO. Tento kalendář je rozdělen do čtyř kvadrantů. Toto rozdělení je různému důvodu různého času východu a západu slunce. Hodnoty zapnutí a vypnutí světel jsou průměrovány za určitý kvadrant. Viz. tabulka Tabulka 3.5 (Rozdělení do kvadrantů) I. II. III. IV.

Kvadrant Kvadrant Kvadrant Kvadrant

Leden-Březen Duben-Červen Červenec-Září Říjen-Prosinec

Tabulka 3.6 (Doba sepnutí a vypnutí dle kvadrantů) Číslo kvadrantu I. II. III. IV.

Doba sepnutí 17:00 20:00 19:00 17:00

Doba vypnutí 7:00 4:00 5:00 7:00

21


22


C) Pomocí servisního tlačítka Při zapnutí pomocného servisního tlačítka se rozsvítí lampy zapojené na L1, L2 a L3. Tato tlačítko se používá, když opravář VO kontroluje správný chod pouličních lamp.

23


4.6

Vývojový diagram

24


4.7

Popis vývojového diagramu

Zkratky Serv_tlac? Č>K

Název Aktivní servisní tlačítko? Čidlo vetší než konstanta?

Čekej 1 Čekej 2 Čekej 3 Zapni L1 Zapni L2 Zapni L3

Čekej 1 Čekej 2 Čekej 3 Zapni L1 Zapni L2 Zapni L3

Je mezi 23.-3h.? Zap. K..? Vypni L1, L2, L3

Je mezi 23.-3h.? Zapnutý kalendář? Vypni L1, L2, L3

4.8

Vlatnosti Zjistí, zda servisní tlačítko říká jestli zapnout VO. Má se čidlo zapnout VO? Čekání za účelem ověření, zda čidlo sepnulo dobře. Posunutí fáze L2 ku L1 kvůli proudovému nárazu. Posunutí fáze L3 ku L2 kvůli proudovému nárazu. Rozsvítí VO napojené na L1 Rozsvítí VO napojené na L2 Rozsvítí VO napojené na L3 Program se ptá, jestli je mezi 23.-3 hodinu. Kvůli úspoře energie Zjistí, zda kalendář říká jestli zapnout VO. Zhasne nebo nechá zhasnuté VO.

Seznam zkratek a pojmů

AMIT – firma zabývající se výrobou programovatelných automatů Amini2D – programovatelný automat, který je využit v tomto žákovském projektu PA ( PLC ) – zkratka - programovatelný automat ( programable logic control ) SW - software HW – hardware VO- veřejné osvětlení L1 – Fáze 1 L2 – Fáze 2 L3 – Fáze 3

25


5 Závěr Realizace tohoto žákovského projektu byla pro mne velkým přínosem a značně mi rozšířila vědomosti a znalostí v dané problematice. Též jsem se naučil pracovat s odbornou literaturou včetně cizojazyčné literatury, a to jak ve formě tištěné, tak i elektronické. Dalším přínosem pro mě bylo konzultovat s odborníky a vybírat si z konzultací věci potřebné Z předchozího textu tedy vyplývá, že tvorba žákovského projektu nebyla jednoduchá, ale byla účelná a já jsem získal mnoho a mnoho nových poznatků. Nutností zdárného ukončení žákovského projektu bylo naučit se programovat v programovém jazyce PSP3. Nedílnou součástí je nutnost zvládat práci v programech Microsoft Office Word, Excel a PowerPoint.

26


6 Použitá literatura Šmejkal Ladislav, Martinásková Marie: PLC a automatizace, 1. Díl, BEN – technická literatura, Praha 1999, 1. Vydání, ISBN 80-86056-58-9 Ing. Michal Kříž, Příručka pro zkoušky elektrotechniků – požadavky na základní odbornou způsobilost (páté – aktualizované vydání), Praha 2006, IN-EL, spol. s r.o. ISBN – 80-86230-40-6 Návod k obsluze Amini2D (přiložený na CD) Katalogový list Amini2D (přiložený na CD) Internet: http://www.amit.cz http://www.gme.cz http://www.eltodo.cz http://www.sweb.cz/ing.vaclav.sedivy

27

DSC_2226.JPG

DSC_2229.JPG

DSC_2230.JPG

Model řízení veřejného osvětlení

Recommend Documents