Резюме. Приетата стратегия от Европейската комисия „Европа 2020“ постави сериозни предизвикателства пред света, свързани с екологията, производството на зелена енергия и намаляване консумацията на такава. Изпълнението на тези цели е свързано с повишаване на енергийната ефективност и добива на енергия от ВЕИ. Съвременната тенденция е свързана с изграждането енергийноефективни обществени и жилищни сгради, оборудвани с интелигентни системи за захранване и управление.
В статията е показана блоковата схема, разгледани са основните функции, параметри и характеристики на микропроцесорна система за дистанционно управление и контрол на електроенергийни обекти в обществени и жилищни сгради, както и транспортни обекти. Внедряването й ще създаде условия за повишаване на енергийната ефективност на управляваните обекти поради факта, че се създава възможност за постоянен дистанционен мониторинг и оптимално управление на обектите.

Ключови думи: remote control, microprocessor system, GSM monitoring and control

Увод

Европейската комисия прие стратегия „Европа 2020“ и постави конкретни цели и задачи пред европейските държави и целия свят. Една от основните цели е постигането на критерия 20/20/201), 2) . Последната му част включва – ограничаването и намаляването на разхода на енергия до 2020 година с 20%. Това е трудна за изпълнение задача, имайки предвид начина на живот на съвременното поколение и непрекъснато нарастващите енергийни нужди. В тази връзка се създадоха така наречените „интелигентни“ сгради, в които се използват всички иновативни технологии в областта на строителството, електрообзавеждането и управлението, които човечеството е създало през по-следните години. Основната цел е постигане на по-здравословен и комфортен микроклимат при минимално изразходване на енергийни ресурси.

За един от основните елементи на интелигентната сграда се приемат системите за дистанционно и автоматично управление, представляващи съвкупност от софтуерни и хардуерни решения, основната задача на които е осигуряването на надеждно и сигурно дистанционно управление на всички инсталации, намиращи се в експлоатация в сградата3),4) .

В тази връзка в катедра „ЕЕТ“ се разработи научноизследователски проект от колектив, включващ преподаватели и студенти от специалност „ЕЕЕО“, в който се проектира и изгради многоканално микропроцесорно устройство за дистанционно управление и контрол (ММСДКУ) на електроенергийни обекти в обществени и жилищни сгради. Осигурява се възможност за постигане на оптимална енергийна ефективност и сигурност в сградите, в които работим и живеем. Системата дава възможност да се контролират и управляват използваните системи за отопление, осветление, сигурност и др. в обществените и жилищните сгради, както и на отделни системи в транспортните средства.

Основната цел на проекта е свързана с използването на предимствата на съвременната микропроцесорна техника за създаване на иновативни технически решения в областта на интелигентното управление и контрол на транспортни и електроенергийни обекти.

Проектираната система е приложима за жилищни и обществени сгради (ВТУ „Тодор Каблешков“), както и за вграждане в електротранспортни системи. Приложението на микропроцесорната система за дистанционно управление и контрол ще даде възможност чрез GSM апарат от неограничено разстояние да се постигне оптимално управление на електромеханични обекти в сградите на ВТУ, а оттам – и по-висока енергийна ефективност.

Освен това задачите, които трябва да бъдат решени с реализацията на проекта, са конкретно свързани с постигане на по-висока енергийнаефективност на електроенергийните обекти (отопление, осветление, ВИК и др.) във ВТУ. Изграждане на допълнителни възможности за подобряване на теоретичната и практическата подготовка на студентите от специалности „Електроенергетика и електрообзавеждане“ и „Електромобили“. Повишаване качеството на научноизследователската работа със студенти и докторанти. Създаване на иновативни технически решения и възможности за реализация на договори с външни възложители.

Изпълнението на задачите по този проект ще създаде възможност и за разширяване на лабораторната база на катедра „ЕЕТ“ чрез увеличаване на лабораторните модели, на които ще могат да се реализират разнообразни лабораторни упражнения. Обучението ще се съсредоточи в областта на микропроцесорните системиза управление и контрол в електроенергетиката и електрическия транспорт, както и възможностите за тяхното проектиране и параметризиране.

Основни функции и характеристики на ММСДКУ

Дистанционната система включва определен брой електронни блокове с конкретно функционално предназначение, работещи по предварително зададен алгоритъм. Неговото предназначение е да създаде възможност за дистанционно включване, изключване и управление на различни видове електрически и електронни устройства с помощта на мобилен апарат. В бита модулът може да се използва като безжична комутационна верига. Силовата верига на устройството се свързва последователно в електрическата верига на управлявания обект (консуматора), като по-този начин се създава възможност за контрол и управление на този обект посредством мобилен апарат.

Приложението на дистанционната система е широкоспектърно и се определя от предварително заложените критерии и изисквания, на базата на които се параметризира логическата й функционалност. Чрез нея може да се управляват по предварително зададен алгоритъм от микропроцесорите различни електрически вериги, електроуреди, апарати, битови електроуреди, отоплителни елементи и системи, климатични инсталации и други. В промишлеността дистанционният модул може да се използва като силов прекъсвач за комутация и управление на различни електрически съоръжения, които използват комутационни вериги. С помощта на микроконтролери се осъществява комуникация между управляваното съоръжение и устройството.

Блокова схема на ММСДКУ

На фиг. 1 е дадена блокова схема на устройството, показваща основните функционални модули и връзката между тях.

Б1 – захранващ блок; Б2 – GSM устpoйство; Б3 – управление; Б4 – индикатор; Б5 – импулсен блок; Б6 – комутационна верига; Б7 – силова комутационна верига; Б8 – датчици.

Захранващият блок (Б1) осигурява необходимите стабилизирани и филтрирани напрежения към отделните модули на електронната система. Блокът Б2 представлява GSM (входно-изходно устройство) с контролно-предавателни функции. След въвеждане на код за достъп и подаване на управляващ сигнал се задейства блокът Б3. Той представлява съвкупност от оптронни и превключващи елементи и логически устройства. Блокът Б3 въздейства на Б5 (импулсен блок). Неговата функция е да шифрира и дешифрира обработения сигнал. Блокът Б5 активира Б6 (силова комутационна верига). Блокът Б4 показва текущото състояние на системата. Обратната връзка за функционалността на управляваните обекти се реализира чрез блокове Б7 и Б8. Блок Б7 е микроконтролерна платформа с отворен код. Необходимата входна информация се получава посредством блок Б8 (набор от датчици и сензори).

Приложение на основни компоненти в системата

На фиг. 2 е показано модулно стъпало. То осигурява връзка с входните и изходните портове на системата. Електронният компонент D2800 представлява памет, а другият чип D2200 осъществява функция на драйвер за управление на входните и изходните конектори. При внедряването на тази схема в устройството се използват само някои от конекторите: изходните конектори на вибромотора (Vibra), входно-изходните конектори на литиeво-йонната батерия (Batery conector), сим-конекторът (SIM conector) и standby.

Друга внедрена схема са контролният панел и аудиоамплиферът. С избрания контролен панел се осигурява пряк контрол над устройството, като благодарение на микроконтролера от серията Атмега 328 това може да стане и дистанционно. Освен това данните до потребителя може да бъдат пренасяни през 3G мрежа.

Като основна платформа тук се използва микропроцесорната система Ардуино (фиг.3). Тази платка представлява входно-изходно устройство, което работи с отворен код или в среда за програмиране Processing/Wiring. Тази платформа може да си взаимодейства с външни софтуерни програми като Flash, Processing, MaxMSP, PureData. С платформата на Ардуино дистанционният модул може да разшири своите функции в най-различни аспекти, което, от своя страна, води до по-голяма ефективност на устройството.

На фиг. 4 е показана основната схема, към която са интегрирани всички изброени досега схемни решения. Схемата е изпълнена с различни набори от тригери, импулсни блокове, таймери, стабилизатори, оптрони вериги, контролери и други. Системата позволява гъвкава функционалност и надеждна работа на устройството.

3. Заключение

Създадената система е защитена с Полезен модел № 2234 дата 29.06.2012 г. В този й вариант тя е предназначена за контрол и управление на битови електроуреди с широко приложение в жилищните сгради. Това са различни видове отоплителни и охладителни системи (конвертори, климатици, радиатори), системи зазагряване на вода, перални и миялни машини. За последните освен всички стандартни защити е въведен контрол за наличие на течащ флуид при неработеща техника. Тази защита е въведена поради факта, че при наличие на налягане в системата на ВиК често пъти дефекти във входните електромагнитни вентили водят до проблемни ситуации за собствениците (наводнения).

За обратна връзка със системата се използват подходящи датчици и сензори, контролиращи основни параметри, определящи надеждната функционалност на управляваните обекти. Контролирани параметри са номинален ток и напрежение, номинална мощност, текуща температура, налягане, продължителност на процесите (време), датчици за наличие на флуид и др.

Предимствата на използваната схема са висока надеждност, неограничен обхват, ниска цена, възможност за комутиране на мощни вериги, бързо адаптиране към различни електрически вериги, както и възможност за енергоефективно управление и непрекъснат контрол. Възможността за постоянен мониторинг или внезапен контрол от неограничено разстояние (дистанционно) на управляваните обекти създава сигурност, спестява време и финансови средства.

БЕЛЕЖКИ

1. http://www.bulcraft.com

2. http://enigma-bg.eu

3. http://smarthomebg.net

4. http://www.shneider-electric.bg