Ostrovní systémy

Ostrovní systémy jsou navrženy tak, aby pomáhaly lidem fungovat bez podpory sítě. Využívají solární a větrnou energii k napájení, monitorování a řízení systémů v odlehlých oblastech, jako jsou budovy, hospodářské budovy, státní hranice a nebezpečné úseky silnic apod.

Hlavní výhody

• OpenVPN - šifrovaný přenos dat - OpenVPN umožňuje bezpečné připojení prostřednictvím šifrovaného tunelu VPN. Software serveru VPN nainstalovaný na virtuálním serveru s veřejnou IP adresou poskytuje bezpečné soukromé připojení k mnoha ostrovním systémům.

• LINUX - stabilní open source software - Bezplatný operační systém s mimořádně dobrou stabilitou. Uživatel má volný přístup ke skriptovacím jazykům, databázím a dalším bezplatným nástrojům. To mu dává velkou svobodu při navrhování vlastních aplikací a programů.

• LAN - IP řešení s podporou napájení PoE+ - Port LAN umožňuje uživateli připojit libovolné ethernetové zařízení IoT nebo například IP kameru včetně jejího napájení PoE z injektoru PoE integrovaného v nabíječce MPPT.

• COM - Rozhraní Modbus - Univerzální rozhraní Modbus lze použít ke sledování stavu nabíjení baterie, k dálkovému zapnutí/vypnutí připojené kamery PoE nebo k připojení modulů IO a senzorů. Modbus je standardizovaný komunikační protokol, takže navíc umožňuje připojení zařízení od různých výrobců.

• GSM - vzdálený přístup přes 2G/3G/4G-LTE - bezdrátové připojení přes mobilní sítě je ideálním řešením všude tam, kde je vyžadován vzdálený přístup na vzdálená místa. Lze jej také použít jako redundantní cestu pro přenos poplachů v souladu s bezpečnostními normami pro vysoce rizikové prostory.

• FBD & LD - grafické programovací jazyky - Ostrovní systémy mohou navíc spouštět řídicí programy. Typickými příklady jsou: poplašné systémy pro zabezpečení vzdálených objektů, sběr dat z meteorologických stanic, řízení čerpání vody z vrtů. Všechny se programují v softwaru s grafickým rozhraním a stovkami podporovaných funkcí.

• I & O - velký výběr podporovaných vstupů a výstupů - Systém řídicích jednotek IPLOG-GAMA obsahuje moduly IO s různými typy digitálních a analogových vstupů a výstupů. Moduly IO mohou být součástí řídicí jednotky nebo mohou být dodávány jako samostatné moduly IO s rozhraním Modbus.

‌

Jak to začalo?

Nápad, který mě přivedl k vývoji ostrovního systému (OFF-GRID), přišel při zakládání vinice na odlehlém místě bez dostupné elektřiny. Největší výzvou byl vývoj nabíječky MPPT. Hlavní problém spočíval v tom, že jsme se rozhodli připojit nabíječku pomocí injektoru PoE+ a rozhraní Modbus pro řízení a monitorování nabíječky. Také jsme nechtěli příliš zvětšovat její velikost velkým pasivním chladičem. Proto jsme se nejprve zaměřili na maximalizaci účinnosti konstrukce a nahradili jsme velký chladič malým ventilátorem řízeným mikroprocesorem. Mikroprocesor měří teplotu nabíječky a aktivuje ventilátor, pokud je teplota příliš vysoká. Současně procesor měří další provozní veličiny, jako je nabíjecí proud, napětí baterie, proud z fotovoltaických panelů atd. Řídicí PLC ukládá naměřené hodnoty do databáze a v případě potřeby je zobrazuje online na webové stránce. Na začátku testů v režimu 24/7 jsme používali PLC s modemem 2G/3G, který jsme později nahradili finální verzí podporující také sítě 4G-LTE. Obrovskou výhodou použitého PLC je velká variabilita vstupů a výstupů. V systému DEMO jsme například použili alarmové vstupy, ke kterým jsme připojili mikrovlnné senzory pokrývající oblast vinice, a tamper pro detekci otevření rozváděče s PLC. V případě poplachu odešle PLC zprávu SMS na předem nastavená čísla a automaticky zapne napájení PoE kamery. Vinici mohu kdykoli zkontrolovat na dálku prostřednictvím klientů VMS v mobilním telefonu a počítači. Dalším úkolem PLC je automatické ovládání kačírkových vrat a od jara 2019 také řízení čerpání vody z vrtané studny.
Napsal: Mgr: Tomáš Metelka

Blokové schéma systému

‌

Závěr

Dokončený ostrovní systém splnil a překonal cíle, které jsme si stanovili před zahájením vývoje. Systém je schopen chránit vzdálený objekt a zároveň bezpečně vykonávat řídicí program a poskytovat data vzdáleným uživatelům. Během velmi teplého léta a série bouřek systém prokázal také svou vysokou odolnost vůči extrémním povětrnostním podmínkám.

Poznámka pro vinaře:

Česká Skalice samozřejmě není typickou vinařskou oblastí. Nejbližší oblastí je asi 15 km vzdálený Kuks. Přesto bylo v posledních letech na Náchodsku a Trutnovsku vysazeno řadou nadšenců několik tisíc sazenic révy vinné. Pro svou mikrovinici jsem si vybral rezistentní odrůdy Solaris a Cabernet Cortis, které dodala firma Bílovin z Velkých Bílovic.

Ukázky použitého vybavení

Průběh experimentu

Datum	Poznámka
Duben - květen 2017	V tomto období byly provedeny hlavní přípravy včetně instalace stožáru, hromosvodu a uzemnění.
5. června	Dnes jsme poprvé spustili systém s PLC, PoE injektorem, kamerou a nabíjecím modulem EVB bez ochrany.
22.-25. června	Systém byl testován po dobu 65 h pouze na baterii bez dobíjení.
29. června	Vyměnili jsme dočasný koncový modul EVB nabíječky MPPT.
30. června	Máme plně funkční dálkové ovládání systému pomocí SMS a přenos záznamů na server.
30. června	Malá zajímavost: Průměrná síla signálu GSM se pohybuje kolem -95 dBm. PLC je obvykle připojeno k vysílači vzdálenému asi 15 km se sítí 2G. Vysílač v bezprostřední blízkosti (asi 3 km) je většinou zastíněn vzrostlým lesem.
4. srpna	Pevná kamera byla nahrazena otočnou kamerou a kapacita baterie byla zvýšena na 60 Ah. V případě poplachu se řídicí jednotka: - otáčí kameru prostřednictvím přednastavených hodnot, - archivuje snímky do úložiště, - odešle SMS.
28. září	V první polovině září přišlo do našeho regionu výrazné ochlazení, oblačnost a vydatné srážky. Stávající zdroje energie: - Solární panel Victron 80 Wp, - Rutland 504 turbína, se ukázaly jako nedostatečné. Tuto situaci jsme předvídali a připravovali se na ni průběžným vyhodnocováním údajů uložených v databázi: 1. Během dnů s minimální dodávkou energie jsme testovali automatické vypnutí systému při poklesu napětí baterie pod 10 V a jeho opětovné spuštění. 2. Přidáním druhého 80Wp panelu a výkonnější turbíny od společnosti Ista Breeze jsme zvýšili dodávku energie. Nová vrtule se spouští při rychlosti větru až 2,7 m/s. Později plánujeme přidat další dva 80Wp panely.
2. října	žlutá - napětí fotovoltaických panelů zelená - napájecí napětí IPLOG modrá - proud z FV panelu
6. října	Systém je plně vybaven z hlediska energetických zdrojů a zahrnuje: - 1x turbína Ista Breeze o průměru 1 m, - 4x 80Wp panely. Video ukazuje provoz turbíny při nárazech větru v rozmezí 2 - 7 m/s.
30. října	V oblasti, kde je systém instalován, musíme počítat s několika týdny bez slunečného dne mezi podzimem a jarem. Proto jsme v říjnu přepnuli systém do úsporného režimu. Kamera se nyní spouští pouze v případě alarmu nebo na základě příkazu z webového rozhraní v mobilním telefonu nebo počítači. V úsporném režimu se spotřeba energie systému pohybuje kolem 3 W. To stačí k plnému dobití baterie systému i za zamračeného dne.
21. ledna	Na přelomu roku přišlo zimní počasí s teplotami kolem nuly. V lednu napadl sníh. Systém je stále z 99 % napájen fotovoltaickými panely. rychlost větru se jen občas pohybuje kolem 5 m/s, což je minimální rychlost potřebná pro výrobu energie.
27. února	V druhé polovině února klesly teploty až k -15 °C. Začal foukat vítr. Přiložené grafy to jasně ukazují: červená čára - periodicky se měnící napětí z fotovoltaických panelů modrá čára - kolísající napětí na turbíně zelená čára - napětí na baterii
28. listopadu	Na konci listopadu 2018 jsme dokončili experimentální fázi vývoje. Systém je plně funkční a připravený k nasazení. V létě 2018 byl v Portugalsku nasazen další demonstrační systém pro monitorování lokality. Během vývoje zákazníci úspěšně testovali systém v aplikacích pro: - ostrahu státních hranic - monitorování silničního provozu V případě jakýchkoli dotazů vám rádi poskytneme podrobné informace na adrese: info@metel.eu.

Orientační ceny hlavních částí systému

‌