Система управления световым потоком

6. Блок управления мощностью

Как уже отмечалось выше, БУМ является неотъемлемым элементом во всех цепях светового инструментария (см. рис. 9). Чтобы свободнее оперировать при выборе этого элемента, рассмотрим, какие существуют способы регулирования мощ­ности.

Рис. 19. Методы управления световым потоком

Источниками света и электрическими машинами можно управлять двумя способами: в электрическом канале и непосредственно на выходе устройства. Основные прие­мы управления световым потоком в оптическом канале указаны на рис. 19. Простей­ший "механический" способ - перекрытие светового луча круглой, щелевой или иного вида диафрагмой. Другой подобный прием - изменение коэффициента пропускания яркостного фильтра. Это или перемещаемый поперек луча оптический клин (а чаще -два движущихся встречно клина) или пара поляризаторов, вращающихся один относи­тельно другого. Такие приемы известны уже давно. А появившаяся в последнее время светоклапанная техника позволяет, как уже отмечалось выше, изменять непосредствен­но сам коэффициент пропускания яркостного фильтра. В фотохромном способе этого достигают выбором материала, реагирующего на определенный вид излучения. Суть электронно-оптического способа состоит в том, что под действием электрической энергии меняются некоторые свойства материала фильтра - диэлектрическая про­ницаемость, коэффициент преломления, степень анизотропности и т. п. Оптическая си­стема у световых клапанов построена так, что эти изменения визуализируются и пред­стают как изменения оптической плотности фильтра.

Все эти способы регулирования привлекают тем, что они не влияют на спектральную характеристику светового потока. Механический способ к тому же доступен и прост. При необходимости дистанционного управления в устройствах механического перекры­тия светового потока могут быть использованы разного рода электрические машины весьма малой мощности, так как их функции - перемещать рьиажки диафрагмы, пово­рачивать на пути луча листки фольги, вращать поляризаторы и т. д. - не требуют боль­ших усилий. Правда, у этих механических устройств есть недостаток - инерционность. Но тем не менее они уже нашли применение в различных СМИ.

Рассмотрим теперь регулирование мощности в электрическом канале (рис. 20).

Простейший способ - использование трансформаторных регуляторов напряжения -обеспечивает управление мощности до нескольких киловатт (в основном вручную). Электрические усилители позволяют управлять значительной мощностью в цепи нагруз­ки с помощью очень слабых сигналов. Среди полупроводниковых усилителей транзисто­ры обеспечивают регулирование мощности до 2,5 кВт, тиристоры до 100 кВт. Верхняя реальная граница электронных усилителей на вакуумных лампах широкого применения 100 Вт, тиратрона примерно К) кВт, магнитные усилители - сравнимы по мощности с тиристорами.

Рис. 20. Способы регулирования мощности в электрическом канале

Способы управления .электрической мощностью можно разделить на два основных вида. Амплитудное регулирование - это изменение амплитуды напряжения или тока в нагрузке. Его реализуют посредством переменных резисторов, регулировочных транс­форматоров, магнитных, электронных (в том числе и полупроводниковых) усилителей. Импульсное регулирование основано на периодическом прерывании тока, протекающе­го через нагрузку. При управлении источником света при частоте прерывания более 50 Гц из-за инерционности зрения и самого источника пульсации яркости становятся незаметными. Изменяя соотношение между временем протекания и отсутствия тока или, иначе говоря, меняя скважность импульсов, можно менять среднюю мощность, а следовательно, и яркость источника света или скорость электродвигателя. Импульсное регулирование реализуют с помощью тиратронов, тиристоров, электронных ламп, тран­зисторов и магнитных усилителей, работающих в ключевом режиме.

Этот вид управления позволяет полностью использовать энергетические возмож­ности электронных приборов за счет снижения рассеиваемой на них мощности, однако по схеме БУМ получается сложнее, чем при амплитудном регулировании. Кроме того, при большом токе из-за крутых фронтов и спадов импульсов эти регуляторы создают значительные сетевые и радиопомехи, для борьбы с которыми необходимы тщательная экранировка всего устройства и применение заградительных фильтров на входе и вы­ходе БУМ.

После этого краткого обзора следует указать на особенности управления различны­ми источниками света и электрическими машинами.

Для ламп накаливания одинаково пригодны и амплитудный и импульсный методы управления мощностью. Из-за возникновения бросков тока при включении этих ламп БУМ в течение некоторого времени должен выдерживать ток, значительно превышаю­щий номинальный. Это особенно необходимо учитывать в случае применения приборов с малой перегрузочной способностью (транзисторов, тиристоров). Это же явление су­щественно усложняет расчет импульсных регуляторов. При уменьшении длительности импульсов среднее значение мощности, подводимой к лампе, невелико, следовательно, нить работает при пониженной температуре и сопротивление ее падает. Так как при этом амплитудное значение напряжения в импульсе сохраняется, амплитудное значение тока заметно возрастает (в 2-3 раза) по сравнению с номинальным. Предупреждению этих неприятных явлений способствует подпитывание ламп пороговым напряжением Uпор = 10 - 15 % U_HOM, когда нить накала уже нагрета, но еще не светится: R « (2 --3) R_о [28].

Для изменения яркости люминесцентной лампы также используют оба метода регу­лирования. Регулирующее звено включает в сеть последовательно с лампой и балласт­ной нагрузкой. На постоянном токе после зажигания лампы ее яркость можно изменять обычным реостатом от максимальной до определенного нижнего предела, за которым ее горение становится неустойчивым. В качестве балластного звена используют ре­зистор. При подключении к источнику переменного тока в лампе в каждом полупериоде происходит очередное возникновение разряда. В этом случае балластной нагрузкой служит дроссель (при замене дросселя резистором отдача уменьшается почти вдвое, и для восстановления яркости необходимо увеличивать напряжение).

У ксеноновых ламп и при амплитудном, и при импульсном управлении мгновенное значение тока не должно опускаться ниже определенного значения - тока гашения. Поэтому уменьшать световой поток до нуля приходится посредством диафрагмы.

У импульсных ламп, работающих в стробоскопическом режиме, можно управлять средней мощностью излучения увеличением частоты следования вспышек. Но следует иметь в виду, что превышение некоторой предельной частоты сопряжено с уменьшением энергии каждой вспышки, а далее - с появлением самопроизвольных вспышек.

Управление интенсивностью лазера осуществляется с помощью специальных безынер­ционных фотоэлектронных модуляторов, позволяющих изменять интенсивность луча согласно любой частоте управляющего сигнала.

Обратимся теперь к особенностям управления исполнительными механизмами.

Для соленоидов изменение направления тока в обмотке не влияет на характер работы. Способ регулирования мощности может быть любым. В зависимости от кон­струкции характеристика соленоида может быть линейной или нелинейной.

Частотой вращения ротора электродвигателей постоянного тока управляют регули­рованием мощности либо в цепи ротора, либо в цепи обмотки главных полюсов при постоянном напряжении на роторе. Причем для роторного управления подходят и амп­литудный и импульсный способы регулирования. Импульсное регулирование в сочета­нии с механическим или электрическим торможением обеспечивает высокую стабиль­ность и точность работы.

Для асинхронных двигателей применяют амплитудный и фазовый способы управле­ния частотой вращения ротора. При амплитудном управлении частота зависит от напря­жения на обмотке возбуждения, при фазовом - от сдвига фаз токов в обмотках воз­буждения и управления. Сдвиг фаз обеспечивает фазорегулятор. Этот способ по сравне­нию с амплитудным обеспечивает большую линейность регулировочной характеристики при постоянной жесткости механической характеристики.

Рассмотрим основные виды БУМ, ограничивая обзор полупроводниковыми узлами (другие применяют сейчас в СМИ довольно редко; подробнее о них можно узнать в предыдущих изданиях [24, 25]).

Среди транзисторных БУМ наибольшее распространение в практике СМИ получили блоки, работающие в импульсном режиме. В них управляющий сигнал с выхода детек­тора преобразуется широтно-импульсным модулятором (ШИМ) в импульсы с перемен­ной длительностью, соответствующей управляющему напряжению. Сформированные импульсы после усиления мощности поступают к источникам света. Если частота следо­вания импульсов находится в пределах 50-400 Гц и фронты импульсов крутые, рассеи­ваемая на транзисторах мощность определяется, в основном, сопротивлением тран­зисторов в режиме насыщения.

Тиристор - это полупроводниковый аналог тиратрона, применяемый для импульс­ного управления мощностью в цепях переменного тока. Тиристор выбирают по средне­му значению тока в нагрузке и значениям прямого к обратного напряжений. Предельные значения тока и напряжения тиристора сильно зависят от эффективности отвода тепла от его кристалла, поэтому важно обеспечить его надежное охлаждение.

Тиристором, как и тиратроном, управляют, изменяя время подачи напряжения на управляющий электрод относительно начала полупериода питающего напряжения. После открывания тиристора цепь управления уже не влияет на его состояние, поэтому в качестве управляющего можно применять пульсирующее или импульсное напряже­ние. Обычно используют один из четырех основных способов управления тиристорами: амплитудный, фазовый, фазо-импульсный и так называемый вертикальный 1 .

Удобнее использовать в БУМ симметричные тиристоры - симисторы, которые позволяют пропускать и блокировать ток любой полярности при одном и том же управ­ляющем напряжении. Симистор является совмещением в одном корпусе двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Схемы включения симисторов не отличаются от тиристорных, но здесь требуется больший ток в цепи управляющего электрода.

В настоящее время в связи с появлением новых полупроводниковых приборов, появилась возможность упростить схемы управления тиристорами. В качестве управ­ляющего элемента широкое распространение получил одно переходный транзистор или, как его еще называют, двухбазовый диод - своеобразный аналог тиратрона тлеющего разряда. Схема БУМ с его использованием приведена на рис. 21.

Разработанный в СКБ "Прометей", этот БУМ долгое время использовался в различ­ных установках как основной модульный элемент управления яркостью. Управляющее напряжение может быть двух типов: переменным и постоянным. В первом случае его подают через согласующую цепь C1R1 и диод VD1 на базу усилительного транзисто­ра VT1. Во втором случае - на элементы R3R5 резистивного моста R2 - R5, в диаго­наль которого и включен диод VD1. Изменяют уровень напряжения смещения в делите­ле R4R5 переменным резистором R10, приоткрыв или, наоборот, закрыв транзистор VT1. В зависимости от этого изменяется время заряда конденсатора С4 до уровня от­крывания однопереходного транзистора VT3. В этот момент конденсатор С4 разря­жается через этот транзистор и обмотку I импульсного трансформатора 77. Форми­руемый в обмотке II импульс открывает тринистор VS1, последовательно с которым включена лампа EL1. Возможен и комбинированный способ управления: постоянным напряжением с резистора R10 задают исходный постоянный уровень свечения нити на­кала лампы EL1, а изменяющимся по амплитуде переменным напряжением моделируют яркость лампы. Переменные резисторы R10 - R_k выносят на переднюю панель пульта управления БУМ и ими управляют уже дистанционно яркостью ламп ВОУ [Эти способы подробно описаны в статье Крылова В. Методы управления тиристо­рами. — В кн.: В помощь радиолюбителю, вып. 43, М.: ДОСААФ, 1973, с. 44-54.].

Узел управления синхронизирует с частотой сети переменного тока посредством ступени на транзисторе VT4, работающей в ключевом режиме. На базу транзистора по­дают пульсирующее напряжение с блока питания БП, а с коллектора снимают прямо­угольные импульсы, которые после дифференцирования идут на базу синхронизи­рующего транзистора VT2. В момент прихода синхроимпульса - в начале каждого по­лупериода - транзистор открывается, разряжает конденсатор С4 и возвращает весь узел управления тринистором в исходное состояние.

Число регуляторов Rfc равно числу каналов управления. Переменным резистором R11 устанавливают начальную пороговую яркость во всех каналах одновременно. Три­нистор VS1 и лампа подключены к выходу выпрямительного моста VD2 - VD5. Если их включить без моста, следует выбирать лампы накаливания на напряжение 127 или 110 В. Лучше всего в узле использовать симистор. Схема БУМ остается при этом без из­менений.

Рис. 21. Схема узла управления тиристором на однопереходном тран­зисторе

Необходимо помнить, что тиристоры обладают чувствительностью к токовым пере­грузкам. Если трехкратное повышение номинального значения тока нагрузки они мо­гут выдерживать в течение целой секунды, то при коротком замыкании нарастание тока за полпериода (сотые доли секунды) приводит к пробою тиристора. Обычные плавкие предохранители не успевают сработать за столь короткий промежуток времени. Защищают тиристоры от короткого замыкания путем автоматического их закрывания с помощью реле максимального тока (токовый трансформатор на выходе БУМ и т. п.) или быстродействующими плавкими предохранителями.

Существенно облегчить работу над СМИ может использование готовых серийных тиристорных световых регуляторов бытового назначения (например, "Светон-300", с выходной мощностью 300 Вт). Для мощных светомузыкальных установок коллек­тивного пользования могут быть применены промышленные тиристорные БУМ серки РТ, предназначенные для регулирования источников света в театре [16, 41, 45]. При оснащении специальным устройством защиты от пусковых импульсов тока, возникаю­щих при включении ламп накаливания, в качестве БУМ можно использовать и регуляторы серий РНТО, предназначеннные для управления электроприводом. Краткие характе­ристики всех этих регуляторов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Регулятор

Примечание. Регуляторы серии РТ комплектуют повышающим трансформатором. Сейчас начат выпуск их улучшенного варианта — РТО-3 и PTO-5.

Использование трехфазных тиристорных БУМ, например РНТТ-ЗЗО-250, РНТТ-330-600 и т. д., позволяет управлять еще большей световой мощностью (в установках световой архитектуры, в спектаклях "Звук и Свет").

Существуют специальные многоканальные театральные регуляторы освещения (как для люминесцентных, так и для ламп накаливания), содержащие в комплекте дистан­ционные пульты управления с ручными регуляторами или входами для внешнего элект­рического сигнала.

Тиристорные установки серии "Старт" выпускают на 60, 120 и 200 регулируемых цепей, мощность нагрузки в цепи каждого из каналов может быть равной 5 и 10 кВт в зависимости от типа силового регулятора (РТ-5-220 или РТ-10-220). Возможен пред­варительный набор четырех световых программ с последовательным воспроизведением. Выпускает промышленность и экспериментальные многопрограммные регуляторы "Свет". Унифицированный тиристорный регулятор яркости "Спектр" предназначен для работы с группами люминесцентных ламп общей мощностью 10, 20, 30 и 50 кВт. Возможно также управление и лампами накаливания. Регулятор "Спектр" комплекту­ют тремя дистанционными пультами управления. Малогабаритные тиристорные регуля­торы "Спутник-12" и "Спутник-24" имеют соответственно 12 и 24 регулируемых цепи мощности 3 кВт каждая.

Последние разработки театральных светорегуляторов, пригодных для использова­ния в СМИ, - однопрограммные РО1-6, РО1-12, РО1-24 и двухпрограммные РО2-30Б, РО2-60Б соответственно на 6, 12, 24, 30 и 60 каналов управления. У всех этих регуля­торов мощность одного канала управления 3 кВт.

7. Пульты управления и запоминающие устройства

Пульты управления в СМИ иногда выполняют в виде обычной фортепианной клавиатуры, учитывая привычность их для музыканта-исполнителя (рис. 22). Но в этом случае конструкторы вынуждены вводить дополнительные регуляторы, выполняемые в виде ножных и коленных педалей. С подобной ситуацией столкнулись и конструкто­ры электромузыкальных инструментов, и поэтому нам необходимо максимально учитывать опыт создания пультов ЭМИ [36].

Но специфические свойства светового материала диктуют необходимость конструи­рования для СМИ особых пультов, позволяющих добиться наиболее гибкого управле­ния яркостью, цветностью, насыщенностью, выбором форм и движением их по экрану. Вот как, например, решен пулы светорегулятора "Хромон", используемого для спек­таклей "Звук и Свет". На панели пульта помещен цветовой график в виде криволиней­ного треугольника, по которому оператор перемещает ручку управления. Эта ручка связана с тремя цепями регулирования источников трех основных цветов. При поло­жении ручки в центре треугольника работают источники всех трех цветов, в сумме дающие белый свет. При перемещении ручки к вершинам треугольника увеличивается доля соответствующего цвета, а остальные пропорционально и плавно гаснут. Каждой точке треугольника, таким образом, соответствует своя цветность светового потока. Остроумное развитие этот принцип получил у изобретателя Г. Л. Курдюмова, который управляет регуляторами посредством нитей, как в театре марионеток.

В обычных театральных регуляторах света выбирают канал и изменяют яркость подвижным рычагом, связанным с бесконтактным индуктивным датчиком или пере­менным резистором управления, задающим уровень сигнала на входы БУМ. Кроме то­го, регуляторы снабжают программаторами, позволяющими предварительно установить порядок действия всех цепей регулирования в каждой последующей сцене. Но на их применение в режиме СМИ рассчитывать не стоит, так как они удобны лишь при стати­ческом освещении сцены. В СМИ, как увидим далее, удобнее использовать иной способ программирования с оперативной коммутацией светопроекторов на выходе каждого канала БУМ.

Пульты СМИ по сложности и даже по внешнему виду напоминают иногда органные консоли (рис. 23). Если пульт совмещен с ВОУ, он может представлять собой обычные механические рычаги, стальные тросы, гибкие передачи и т. п., связывающие органы управления пульта с диафрагмами, светофильтрами, трафаретами в ВОУ. Подобный принцип использовал в светоинструменте "Клавилюкс" американский конструктор Т.Уилфред (рис.24) [23].

Пока среди всех подобных СМИ, если не считать тех, что используют стандартные театральные светорегуляторы, не существует унификации пультов. Как оригинальный и удобный в работе пульт следует отметить конструкцию харьковского зала светому­зыки (проект Ю. А. Правдюка).

Рис. 22. СМИ "Музископ" Н.Шеффера (1961 г.)

Рис. 23. Пульт светоинструмента Государственного центрального кино­концертного зала

Пример решения пульта СМИ с растровыми изображением приведен на рис. 25. Кла­вишами выбирают зону засветки экрана тем или иным цветом, а яркостью управляют посредством ножных педалей.

Существуют бесконтактные пульты с фотодатчиками, управляемые светом. Их удобно применять в основном в растровых СМИ,- когда пульт также представляет со­бой растровое поле датчиков. Действие фотодатчиков можно настроить на открывание или закрывание фотоключей при попадании на них света. Перекрывая свет, падающий на пульт, рукой, шторками, фигурными трафаретами или кинопленкой, получают движе­ние соответствующих светлых или темных образов заданной конфигурации на большом экране. Как увидим в следующей главе, этот способ можно использовать и в транспа-рантных СМИ.

Рис. 24. Пульт и проекторы "клавилюкса" Т. Уилфреда (1937 г.)

Известны интересные конструкции пульта с другими бесконтактными устройства­ми - емкостными датчиками, работающими по принципу известного ЭМИ "термен-вокс". Необходимо отметить и так называемые "сенсорные" устройства, позволяющие коммутировать цепи без механических усилий, простым прикосновением к соответ­ствующей точке поверхности пульта.

Попытку унифицировать пульты управления СМИ предприняли разработчики установ­ки "Мираж" [18]. Для этого СМИ они разработали несколько разновидностей клавиату­ры дискретного и непрерывного действия.

К дискретным клавиатурам они отнесли такие, при касании к которым скачком меняется состояние ключевого элемента (контакты, герконы, "сенсоры" и т. д.). При 10 - 13 градациях формируемого управляющего сигнала можно получить плавное управление яркостью источников света.

Аналоговые клавиатуры обеспечивают плавное изменение управляемого параметра на выходе пульта. К управляющим элементам такой клавиатуры надо отнести преобра­зователи "перемещение-напряжение", магнито-резисторы. Следует отметить, что любую непрерывную величину можно представить в виде дискретной с некоторым малым ша­гом сканирования.

Специфическую группу составляют клавиатуры с управляющими элементами преоб­разователя "время-напряжение", т. е. выходной параметр зависит от того, как долго исполнитель касается органа управления. Все эти виды клавиатуры для СМИ "Мираж" взаимозаменяемы.

Световую композицию воспроизводят на пульте по световой партитуре, которая является своего рода памятью операторских манипуляций. Заранее следует оговорить, что, в отличие от музыки, в световой партии унифицированной нотной записи существо­вать не может. В этом убеждает отсутствие единых обозначений даже для танца, где зада­ча намного проще. Но для каждого конкретного вида СМИ своя условная запись воз­можна и целесообразна. Естественно, нотными или другими знаками можно записать лишь движения ручек на пульте, сама же основа композиции воплощена в трафаретах ВОУ. Для того, чтобы зафиксировать всю композицию в ее, целостности, необходимо обращение либо к кино- и видеосъемке, либо к специальным запоминающим устрой­ствам ЗУ, которые можно совмещать со СМИ, если у них БУМ выполнен в электронном варианте.

Источники: http://refdb.ru/look/1861881-p5.html

Разговор об интеллектуальных системах освещения следует начинать с уточнения: о какого рода интеллектуальности идёт речь. В этом собирательном понятии можно выделить как минимум четыре группы, включающие в себя драйверы, светильники и сетевое оборудование, которые позволяют решать задачи разной сложности:

1. Системы группового управления

Этими условиями могут быть:

• расписание, которое определяет снижение светового потока и потребления электроэнергии в вечерние и ночные часы;
• сигналы датчиков освещённости или присутствия, позволяющие снижать световой поток и потребление электроэнергии, когда хватает естественного освещения или отсутствуют люди;
• команды, посылаемые вручную, когда человек хочет самостоятельно снизить уровень освещённости.

Основной выгодой от добавления такого рода интеллектуальности в систему освещения является, очевидно, экономия электроэнергии. При этом стоимость такой системы оказывается достаточно низкой, т.к. функционал у неё предельно простой. В случае группового управления изменять световой поток можно либо у группы светильников, либо у всех имеющихся в сети светильников сразу. Что не всегда допустимо.

В области внутреннего освещения наиболее простой и популярной сейчас является система группового управления 0-10 В, в которой на специальный вход драйвера или электронного пускорегулирующего аппарата подаётся постоянное напряжение (рис. 1). Величина этого напряжения определяет величину светового потока светильника: 0 В — 0 %, 10 В — 100 %. Аналогичным образом функционирует система управления 1-10 В, только величина управляющего напряжения в 1 В определяет минимально возможный световой поток, а при подаче 0 В на вход управления, светильник выключается.

Рисунок 1. Пример возможной сети с групповым управлением по протоколу 0-10V.

В области уличного освещения наиболее простой и популярной является система снижения светового потока светильников за счёт снижения напряжения питания на линии. В качестве примера можно назвать систему управления «БРИЗ» компании Светосервис ТелеМеханика, «Кулон» компании Сандракс, регуляторы напряжения компании Reverberi. Изначально такие системы были рассчитаны на работу с газоразрядными источниками света и электромагнитными балластами, но с появлением электромагнитных источников питания для полупроводниковых источников света стало возможным применениев составе таких систем управления и светодиодных светильников. Например: GALAD Победа LED, GALAD Омега LED или GALAD Волна LED.

В системах группового управления уличным освещением так же можно встретить датчики освещённости, которые автоматически включают и выключают каждый светильник или линию светильников при наступлении сумерек (рис. 2).

Рисунок 2. Датчик освещённости на газоразрядном светильнике в Нью-Йорке, США.

2. Системы адресного управления

Интеллектуальность стандартного уровня. Такие системы помимо того, что обладают функционалом групповых, позволяют управлять световым потоком отдельно взятого светильника. Зачем это нужно? Рассмотрим, например, автомобильную дорогу с несколькими перекрёстками и пешеходными переходами. В вечерние и ночные часы при интенсивности движения пешеходов менее 40 чел./ч и транспортных средств в обоих направлениях менее 50 ед./ч мы, в соответствие с ГОСТ Р 52766-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Общие требования», имеем возможность снизить на 50% уровень наружного освещения (рис. 3). Но при этом снижение освещенности поверхности проезжей части в местах пешеходных переходов, расположенных в населенных пунктах, стандартом не допускается. И это вполне логично, водитель должен хорошо различать пешеходов в любое время. Да и на перекрёстках снижение светового потока тоже не желательно. В таких условиях групповое управление допустимо только, если светильники на перекрестках и переходах не оборудованы интеллектуальными драйверами и не понимают команд управления, или вообще питаются от отдельной линии. Это может быть неудобно и непрактично с точки зрения монтажа и эксплуатации. В большинстве случаев при возникновении указанных противоречий на такой улице просто не будут вообще снижать световой поток светильников. В то же время адресное управление без проблем позволяет снизить световой поток только там, где это допустимо нормами. В этом и заключается основное преимущество адресного управления в сравнении с групповым: ещё больший потенциал экономии электроэнергии при одинаковой структуре и однородности сети управления освещением.

Рисунок 3. Пример диммирования наружного освещения в ночные часы.

Разумеется, расширение функционала неизбежно приводит к увеличению и сложности и стоимости системы, поэтому уже нельзя сказать, что система адресного управления относится к наиболее бюджетному решению.

Наиболее распространённые системы адресного управления в области внутреннего освещения на данный момент строятся на базе протокола DALI. Этот цифровой протокол изначально был рассчитан на управления электронными балластами люминесцентных ламп и тиристорных диммеров ламп накаливания, но с появлением светодиодных драйверов распространил свой функционал и на них.

Для адресного управления в уличном освещении сейчас применяются различные решения: это и всевозможные системы на базе беспроводных цифровых протоколов радиосвязи типа ZigBee, позволяющих создавать сложную многоячейковую сеть и автоматически перестраивать маршруты передачи сообщений по сети в случае каких-либо неполадок; и высокочастотная коммуникация по линии питания PLC; и системы модуляции амплитуды питающего напряжения типа SEAK. Вариантов много, все они имеют свои плюсы и минусы, назвать какой-то конкретный вариант в качестве наиболее популярного сложно.

3. Системы управления с мониторингом и обратной связью.

Интеллектуальность продвинутого уровня. Вобрав в себя функциональные возможности ранее описанных вариантов, такие системы управления позволяют так же осуществлять контроль состояния светильника и передавать по сети управления информацию о своём состоянии и статистику работы на сервер, удалённый диспетчерский пульт, мобильные терминалы и т.п. (рис. 4).

Зачем это нужно? Если говорить не только о светодиодных светильниках, но и о газоразрядных, то электронный пускорегулирующий аппарат с функцией мониторинга напряжения на лампе позволит заранее определить приближение конца срока службы лампы. К концу срока службы напряжение на лампе значительно возрастает, и если её не заменить, через какое-то время процесс горения может стать нестабильным. Светильник может выйти из строя, войдя в циклический режим перезажигания лампы с длительными паузами, в которых лампа остывает и не светит. Наличие в ЭПРА функции обратной связи позволит передать информацию о грядущем окончании срока службы лампы в обслуживающую организацию. Таким образом, возникает принципиальная возможность заранее выехать к конкретному светильнику и заменить в нём лампу, не допуская выход светильника из строя.

В обычной сети освещения лампы в светильниках меняют планово: проезжает машина с обслуживающим персоналом и осуществляет замену ламп во всех светильниках на линии. При этом часть светильников может быть уже с нерабочими лампами, но чаще всего такую замену делают задолго до окончания срока службы лампы, не допуская выхода светильников из строя. Соответственно, все лампы недоиспользуются. При наличии мониторинга и обратной связи отпадает необходимость в плановой замене. Соответственно, снижаются расходы на обслуживание линии, поскольку лампы могут эксплуатироваться более длительный срок, а для их замены персонал может выезжать к конкретному светильнику, не тратя время на его поиски.

В светодиодных светильниках предсказать заранее выход светильника из строя сложнее, мониторинг состояния светодиодного модуля направлен, скорее, на своевременное выявление аварийных ситуаций и оповещении о выходе из строя, что позволяет оперативно провести ремонт или замену светильника, не допуская длительного перерыва в освещении.

Рисунок 4. Пример системы управления освещением с мониторингом и обратной связью.

Мониторинг может так же включать в себя накопление информации о сроке службы светильника, потребляемой электроэнергии и качестве питающей сети. Обратная связь позволяет получать своевременную информацию о неисправностях в светильнике, получать данные мониторинга, производить удалённую диагностику.

Основным преимуществом по сравнению с уже рассмотренными системами управления освещением является ещё больший потенциал экономии, но уже не только за счёт оптимального снижения потребляемой электроэнергии, а ещё и за счёт снижение расходов на обслуживание и эксплуатацию.

Разумеется, за расширение функционала и сложности приходится платить. Помимо прямого увеличения стоимости самой системы увеличиваются так же и требования к персоналу, который данной системой пользуется. Более квалифицированный персонал обходится дороже.

Стоит так же отметить, что существуют определённые трудности с расчётом экономической выгоды от внедрения таких сложных систем управления освещением: выгода от снижения затрат на эксплуатацию чаще всего менее очевидна, чем экономия электроэнергии.

Примером интеллектуальных систем с мониторингом и обратной связью могут послужить некоторые решения, применяемые и в групповом управлении. Для внутреннего освещения это протокол DALI, в котором заложена возможность реализации обратной связи. От конкретного производителя драйверов и систем управления будет зависеть, реализована данная возможность или нет. В качестве примера системы управления уличным освещением с обратной связью и мониторингом можно привести систему INCITY компании Thorn Lighting.

4. Встраиваемые системы и системы с атипичным функционалом

Наиболее сложные и интеллектуальные системы. Обладая функционалом всех ранее перечисленных систем управления освещением, могут быть встроены в более сложную систему управления. Например, в систему управления зданием, в которую так же могут входить системы отопления, кондиционирования и вентиляции, системы охраны и пожарной сигнализации, системы контроля доступа и пр. (рис. 5).

Рисунок 5. Пример интеграции системы управления освещением на основе протокола DALI в систему управления зданием на основе BACnet протокола.

Как правило, специализированными системами управления оборудуются только очень крупные здания, такие как торговые и офисные центры, гостиницы и пр. Поэтому отличительной особенностью встраиваемых систем управления освещением является масштабность и сложность, большое количество светильников, датчиков и сетевого оборудования.

Чем больше и сложнее система управления освещением, тем полнее может быть раскрыт её потенциал, и тем очевиднее экономия электроэнергии и снижения затрат на обслуживание. Например, если в системе освещения присутствуют автономные светильники аварийного освещения, то функция удалённой проверки работоспособности избавляет от необходимости планового обхода и ручного контроля. Вместо того чтобы тратить несколько дней, обходить всё здание и сотни раз нажимать кнопку «тест» на этих аварийных светильниках, достаточно нажать одну кнопку на клавиатуре в диспетчерской и спустя секунды получить отчёт о работоспособности нужных нам светильников.

Как правило, в качестве встраиваемых систем используются всё те же системы с обратной связью, но к ним добавляется специальное устройство — шлюз протоколов, которое выступает в роли некоего переводчика с языка вышестоящей системы управления на язык системы управления освещением, и в обратную сторону.

К встраиваемым можно так же отнести и системы управления уличным освещением, интегрированные в «Умный город». В этом случае у светильников появляется атипичный функционал. Светильник может являться точкой доступа Wi-Fi (рис. 6), обеспечивающей бесплатный доступ к Интернету всем желающим.

Рисунок 6. Схема расположения светильников с Wi-Fi доступом в сеть Интернет в городе Плэйнвиль, штат Коннектикут, США.

Светильник может быть оборудован камерой видеонаблюдения, данные с которой передаются посредством всё того же Wi-Fi соединения городским органам правопорядка[1]. Светильник может быть оборудован специальным микрофоном и системой распознавания выстрелов огнестрельного оружия[2], для своевременного реагирования на правонарушения. Все эти несвойственные светильнику функции не дают прямой коммерческой выгоды от их внедрения. Выгода здесь может быть только косвенная и на уровне города: снижение уровня преступности, улучшение финансовой привлекательности районов, создание комфортной для жителей среды. Прямая коммерческая выгода от внедрения настолько интеллектуальных систем управления освещением обеспечивается всё теми же функциями, что были перечислены ранее: мониторинг, обратная связь, адресное управление.

Художественное освещение

Рассмотренные группы интеллектуальных систем относятся в первую очередь к освещению улиц, дорог, площадей, внутренней части зданий и прилегающих к ним территорий. Это те области городского пространства, в которых можно добиться определённой экономии, о чём уже было сказано. Но стоит так же отметить и ещё одну область, где интеллектуальность управления освещением существенной экономии не даёт, но, тем не менее, востребована — это архитектурное и художественное освещение. Интеллектуальность здесь позволяет добиться более яркого художественного образа, который к тому же можно гибко настраивать и изменять. Выгода от внедрения в городском пространстве таких интеллектуальных систем возникает косвенная, связанная, опять же, с повышением визуальной привлекательности города и декларированием его финансовой состоятельности. Технически систему управления архитектурным и художественным освещением можно причислить к любой из четырёх описанных ранее групп.

На сегодняшний день управление художественным освещением реализуется в основном с помощью протокола DMX512 и оборудования, которое его поддерживает (рис. 7). Изначально этот протокол разрабатывался для управления концертным оборудованием (диммерами, прожекторами, стробоскопами, дымовыми машинами и т. д.), но функционал и техническая реализация оказались весьма востребованы и в управлении светильниками для архитектурной и художественной подсветки. В случае, когда системе управления требуется обратная связь, используется доработанная версия DMX512 протокола под названием RDM.

Рисунок 7. Внешний вид контроллера БРИЗ-DMX компании Светосервис ТелеМеханика для архитектурно-художественной подсветки.

Управление освещением в России

В то время как в США сейчас наблюдается настоящий светодиодный бум в уличном освещении и сопутствующее ему внедрение самых передовых и сложных интеллектуальных систем, в России и СНГ в уличном освещении по-прежнему остаётся востребованным наиболее бюджетное и эффективное групповое управление, с базовым уровнем интеллектуальности.

Интеллектуальное управление наружным освещением базового уровня реализовано во многих крупных городах России. Так, например, АСУО «БРИЗ» компании Светосервис ТелеМеханика успешно применяется на значимых, крупных объектах, автомагистралях, тоннелях, мостах и в составе систем управления освещением в Москве и Московской области, Санкт-Петербурге, Пскове, Ярославле, Североуральске, Барнауле, Новосибирске, Алматы, Бишкеке.

Эта система управления также с успехом применяется на объектах архитектурно-художественного освещения. В качестве примера реализованных в одной лишь Москве объектов можно привести: памятник Ю.А.Гагарину, Третьяковскую галерею, Патриарший пешеходный мост, Донской монастырь, памятник крестителю Руси святому равноапостольному князю Владимиру, здание на ул. Б. Никитская, 55/52, с.1 (рис. 8); здание в Петровский пер., 6, с.1 (рис. 9). В городе Мытищи АСУО «БРИЗ» применяется для управления освещением городской администрации (рис. 10).

Рисунок 8. Пример реализации системы управления архитектурной подсветкой на ул. Большая Никитская, Москва.

Рисунок 9. Пример реализации архитектурной подсветки здания в Петровском переулке, Москва.

Рисунок 10. Пример реализации управления освещением здания администрации города Мытищи.

Источники: http://galad.ru/helpful/articles/1426956/

4–6 октября 2011 г. в Милане состоялась вторая ежегодная конференция-выставка Strategies in Light Europe 2011 («Стратегии освещения в Европе 2011»), собравшая более 900 участников. На конференции рассматривались пути преобразования рынка и перспективные технологии освещения.

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

отя главными вопросами, касающимися светодиодных источников света, остаются эффективность и качество цветопередачи, разработчики уже задумываются о методах управления осветительными системами будущего. Системы управления усложняются по мере развития интеллектуальных систем освещения, которые уже не только реагируют на внешние события или предсказывают их, но и характеризуются некоторой «осведомленностью» о пользователе, условиях освещенности и типе светильника.

Можно ожидать, что в будущем осветительные системы будут автоматически узнавать и выполнять пожелания пользователя. Уже сейчас компьютерные технологии позволяют определить возраст человека и автоматически подстроить спектр излучения так, чтобы он был наиболее комфортен для чтения или просмотра телевизионных программ. Рассмотрим протоколы, по которым производится обмен данными с осветительной системой и управление ею.

Управление силой света с помощью изменения напряжения — один из самых первых и простых методов, закрепленный в международном стандарте ANSI E1.3 — 2001. Диапазон изменения напряжения зависит от производителя, однако со временем наиболее распространенными стали уровни 0–10 В. Сила света изменяется пропорционально напряжению.

В самых первых системах управления световым потоком применялись автотрансформаторы. В 60-х гг. прошлого века появились тиристорные системы аналогового управления, позволяющие регулировать световой поток удаленно с помощью сравнительно небольшой консоли.

К середине 70-х гг. был установлен единый диапазон изменения управляющего напряжения 0–10 В. Главный недостаток аналогового управления — невозможность управления большим количеством светильников. Достоинством же этого метода является простота выполнения. Требуются всего две линии: внешний управляющий сигнал и общий обратный провод. Управляющий ток обычно находится в пределах 1…4 мА. Другой вариант аналогового управления рассчитан на получение управляющего сигнала с помощью внутреннего светодиодного драйвера и внешнего потенциометра.

Недостатком аналогового подхода при управлении десятками и тем более сотнями осветительных приборов является большое количество линий управления, что делает данный метод неприменимым для сложных систем с несколькими сотнями осветительных приборов. Система становится слишком дорогой. Кроме того, в ней затруднительно проводить диагностику и устранять неисправности.

Второй недостаток связан с затуханием сигнала на длинных линиях. Сигнал, принятый источником света, может оказаться слабее исходного, что приведет к более тусклому освещению или неравномерности излучения в системах с несколькими осветительными приборами. Кроме того, аналоговый сигнал подвержен внешним помехам, шумам и перебоям на линии заземления, особенно при передаче на большие расстояния.

Драйверы светодиодов с аналоговым принципом управления освещенностью на 0–10 В применяются повсеместно. Тем не менее, данный метод управления не обеспечивает достаточной стабильности и не позволяет получать данные с сетевого контроллера.

Управление освещенностью по электросетям применяется в коммерческих и жилых помещениях. Напряжение сети поступает на осветительный прибор и ограничивается по амплитуде в соответствии с требуемой величиной светового потока. Обычно данный подход применяется для регулирования силы света ламп накаливания. Регуляторы освещения можно разделить на две группы: в одних ограничение сетевого напряжения производится по переднему фронту, в других — по заднему. В регуляторах первой группы используются симисторы. Они предназначены для галогенных ламп и ламп накаливания. Сила света изменяется путем отсекания переднего фронта напряжения электросети (см. рис. 1а и 1б). Минимальная нагрузка составляет 10–60 Вт. Это требование не выполняется во многих светодиодных системах, поэтому перед заменой ламп на светодиодные следует проверить, достаточна ли нагрузка. В противном случае будет невозможно добиться слабого освещения, либо будет наблюдаться заметное глазу мерцание.

Регуляторы с ограничением сигнала по заднему фронту широко используются вместе с трансформаторами для управления силой света галогенной лампы. Их особенность заключается в том, что светильник быстро погасает и более плавно включается (см. рис. 2а и 2б). За счет плавного включения не возникает высокого пускового тока. Переключатель обычно изготавливается на основе полевых транзисторов.

Данный протокол практически не используется для светодиодных систем освещения по нескольким причинам:

– из-за несовместимости по мощности;

– драйвер светодиода может иметь высокий пусковой ток. Это является серьезной проблемой, если контроллер управляет несколькими источниками света, поскольку в этом случае пусковые токи складываются;

– когда светодиодный источник излучает слабый свет, его полезная выходная мощность уменьшается, поэтому правильная работа регулятора может нарушиться, появится заметное глазу мерцание;

– большинство драйверов светодиодов обрезают только задний фронт сигнала, поэтому необходимо использовать регулятор такого же типа. Если в системе использовались другие регуляторы, придется их заменить при переходе на светодиодные источники света;

– поскольку светодиодные драйверы с управлением по электросети изготавливаются с одноступенчатой топологией, в них часто возникают пульсации тока второй гармоники (вдвое большая частота), что приводит к сокращению срока службы осветительного прибора;

– регулировка силой света напрямую зависит от качества регулятора. Если он плохой, диапазон изменения силы света сокращается. Так, при использовании дешевого регулятора минимальная сила света может составлять 20%, а при использовании более качественного возможно затемнение до 1%. Как правило, производители светодиодных источников света прилагают список рекомендуемых регуляторов. На практике вместо замены регулятора достаточно увеличить нагрузку.

В 80-х гг. появились мультиплексированные схемы управления на основе микропроцессоров: AMX192, K96. Стандарт AMX192 применялся на территории США и Канады, а его аналогом в остальных странах стал D56. Несмотря на это взаимодействие устройств зачастую не обеспечивалось даже среди продуктовой линии одной компании из-за использования разных уровней напряжения и стартовых последовательностей, а также из-за различий в назначении выводов, скорости обмена и количестве линий передачи. Кроме того, было разработано множество альтернативных протоколов, некоторые из них предполагали наличие в контроллере модуля памяти для хранения данных.

Преимуществом мультиплексированных протоколов является меньшее количество проводных соединений и возможность управления большим количеством светильников. Появление стандарта USITT DMX512 помогло упорядочить ситуацию, обеспечило взаимодействие устройств и принесло экономическую выгоду во все секторы рынка освещения. Появился новый класс устройств — интерфейсные схемы, которые обеспечивают обратную совместимость стандартов.

Этот стандарт был разработан для цифровых сетей передачи данных, используемых для управления светодиодными источниками света и другими устройствами. На физическом уровне в данном протоколе используются дифференциальные сигналы EIA-485 и пакетная передача. Обмен возможен только в одном направлении и не предусматривает проверки и исправления ошибок.

Контроллер DMX512 производит последовательную асинхронную передачу данных со скоростью 250 кБод. Передача данных по 512 каналам займет около 23 мс, что соответствует скорости обновления 44 Гц. Для более частого обновления пересылка осуществляется по меньшему количеству каналов.

Широкое распространение протокола DMX-512А объясняется несколькими причинами:

– в его основе лежит интерфейс EIA485;

– возможность управления несколькими сетями светильников по трем проводам;

– невысокая стоимость элементной базы;

– интерфейс управления изолирован от светильника, т.е. защищен;

максимальное количество уст­ройств — 512. Дальнейшее наращивание возможно только при использовании дополнительных портов DMX.

Типичная структура сети DMX показана на рисунке 3. Контроллер подключается к линии соединенных последовательно светильников.

Стандарт EIA485 предназначен только для систем с последовательно включенными светильниками. В каждом сегменте может быть до 32 устройств, общая длина соединительного провода — 1 км. С помощью специальных ИС RS485 можно увеличить количество устройств, подключаемых к одному порту. Так, при использовании ИС ISO15 Texas Instruments в одном сегменте может быть до 128 устройств.

Некоторые производители драйверов светодиодов заявляют, что к одному порту DMX может быть подключено любое количество драйверов. В официальном стандарте это не подтверждается. В большинстве таких драйверов на выходе восстанавливается такой же сигнал DMX, который был получен на входе. При этом накапливается временная задержка, которая становится заметной в больших инсталляциях. Кроме того, сбой, возникший в одном драйвере, будет повторен всеми последующими.

К достоинствам DMX следует отнести свободное назначение каналов для светильника. Например, для первого светильника, подключенного к первому порту (см. рис. 3), требуется 4 канала для управления сигналами красного, зеленого, голубого и янтарного цветов. Для второго — 3 канала (RGB). Для светильника 3 может быть достаточно одного канала для затемнения белого светодиода.

В протоколе DMX используется пакетная передача. Первый байт информационного поля содержит «стартовый код». Он используется в качестве флага для индикации типа передаваемых данных. Значение 0 указывает на то, что пакет содержит информацию об интенсивности светового потока. Остальные 255 кодов не определены. Они используются в протоколе RDM (см. ниже).

Каждый порт DMX передает до 512 8-разрядных значений канала. На передачу полного пакета уходит 23 мс, что соответствует частоте обновления 44 раза в секунду. Такая частота подходит для большинства применений и не воспринимается глазом.

Единственный недостаток протокола DMX — односторонняя передача от контроллера к источнику света. Соответственно, невозможно проводить мониторинг состояния светильников и отслеживание сбоев.

Преобразователи DMX получили широкое распространение в архитектурном освещении, где соединительные линии могут быть слишком длинными. Хотя беспроводные сети DMX512 могут работать на расстоянии до 1000 м, большинство соединений из соображений надежности не могут быть длиннее 300–450 м.

Среди множества двунаправленных протоколов управления освещением международное признание получили Digital Addressable Lighting Interface (DALI), Remote Device Management (RDM), Architecture for Control Networks (ACN) и KNX.

В новой версии протокола DMX512/2000, работа над которой идет полным ходом, будут добавлены типы разъемов, защита от высокого напряжения на сигнальных выводах и решены проблемы на шине земли. Возможно, будет разрешена двусторонняя передача.

Данный протокол является модернизацией протокола DMX512, позволяющей получать данные от источника света по стандартным линиям DMX. Возможны конфигурирование, мониторинг статуса, управление RDM-устройствами, считывание основных показателей (потребляемый ток, рабочая температура, время работы, напряжение в сети, индекс цветопередачи и др.), — и все это, не мешая основной работе стандартных DMX-устройств, которые не поддерживают RDM. Большое достоинство RDM заключается в том, что он обратно совместим с DMX, что позволяет использовать существующую инфраструктуру.

Протокол создан организацией ESTA в рамках программы разработки технических стандартов. Пакет DMX оставлен без изменений. Передача данных для RDM-устройств осуществляется в промежутках между пакетами. Устройства RDM имеют уникальный идентификационный номер, по которому контролирующее устройство его распознает.

Системы освещения RDM имеют следующие преимущества:

– возможность устанавливать базовый адрес светильника. Это ускоряет установку осветительных приборов и избавляет от необходимости присваивать DMX-адреса вручную;

– обновление программного обеспечения через интерфейс RS485;

– возможность создания DMX-систем с поддержкой Ethernet (протокола ACN и т.д.);

– управление отдельными устройствами или группой;

– одновременное управление всеми устройствами в сети;

– отсутствие интерференции за счет простой структуры данных;

– передача статусных сообщений (например, о сбое) от одного, нескольких или всех устройств в сети;

– автоматическое распознавание осветительных приборов;

– простой принцип образования групп светильников;

– автоматическое затемнение всех приборов в соответствии с выбранной сценой;

– элементы интеллектуальной системы (индивидуальный адрес, разбиение на группы, предустановленные сцены, время угасания и т.д.);

– допустимые значения для светодиодов устанавливаются по умолчанию (например, в целях экономии энергии можно задавать максимальные значения);

– возможность установки скорости угасания;

– идентификация типа устройства;

– более низкая стоимость системы при большем функционале по сравнению с аналоговым управлением 0–10 В.

несмотря на все достоинства, протокол не получил широкого распространения в силу некоторых недостатков:

– высокая стоимость электронных схем;

– нехватка контроллеров, способных использовать дополнительную мощность RDM-устройств, как следствие — высокая цена;

– небольшое количество светодиодных драйверов, поддерживающих RDM.

Перечисленные недостатки уже устранены, поэтому в перспективе данный стандарт может стать основным для систем освещения.

Стандарт DALI был разработан как продолжение аналогового интерфейса AVC 1-10 В. Это открытый стандарт для люминесцентных ламп с балластом. В конце 2009 г. стандарт был расширен. В частности появилась возможность управления светодиодными инсталляциями. Протокол подразумевает передачу данных по двум линиям (см. рис. 4).

– управление 64 устройствами по одной шине;

– на одном пространстве можно образовывать до 16 вариантов сцен;

управляющие провода подключаются к балласту или схеме управления напрямую, что упрощает подключение, когда есть много зон или групп;

– нелинейное затемнение до 0,1% (теоретический предел).

Кривая затемнения в логарифмическом масштабе показана на рисунке 5. Большинство драйверов не могут затемнять светодиод до такого уровня, поскольку минимальный ток составляет 5–6 мА, т.е. 1,5% для драйвера, рассчитанного на 350 мА. Возможно использование ШИМ, однако это нежелательно в системах общего освещения белым светом, поскольку из-за малого рабочего цикла при слабом освещении может возникать мерцание, заметное глазу. В недалеком будущем появятся драйверы с прямым током менее 1 мА (0,3%), содержащие сигнальный процессор. Они будут обеспечивать затемнение с идеальными визуальными характеристиками.

В стандарте DALI используется шифрование с применением кода Манчестер для коррекции ошибок. Предельная скорость передачи составляет 1200 бод. Максимальная длина сегмента составляет 300 м для кабеля сечением 1,5 мм 2 , 100 м для кабеля 0,5 мм 2 и 150 м для кабеля с площадью сечения 0,75 мм 2 .

Как и в случае с RDM, протокол DALI не получил широкого распространения из-за высокой стоимости контроллеров. Данная проблема уже решена, поэтому протокол будет востребован в новых проектах.

Многие современные устройства обмениваются данными через интернет. Постепенно данная технология проникает и в системы освещения. Преимущества использования протоколов TCP/IP:

– низкая стоимость инфраструктуры;

– масштабируемость — возможность соединения практически бесконечного количества сетей;

– совместимость с сетевыми и интернет-протоколами позволяет управлять освещением дистанционно;

– высокая скорость передачи;

– устойчивость к появлению ошибок.

В настоящее время идет разработка сетевого протокола ACN — architecture for control networks (E1.17) для управления осветительными системами по IP-сети. Протокол является надстройкой UDP/IP. Связь осуществляется по недорогим стандартным линиям Ethernet или Wi-Fi.

Протокол ACN является полностью двунаправленным. Каждое устройство имеет уникальный идентификационный номер, по которому контроллер распознает подключенные устройства. Кроме того, к каждому устройству прилагается файл с описанием всех возможностей источника света. Таким образом, контроллер сможет управлять светильниками, которые появятся в будущем. Для перехода с DMX512 на ACN разработан промежуточный протокол DMX-over-ACN (Streaming ACN, или BSR E1.31).

KNX — протокол OSI для управления зданием. Протокол основан на трех стандартах: EHS — European home systems, BatiBUS и EIB (Instabus) — European installation bus.

Стандарт EIB популярен прежде всего за счет своей простоты и надежности. В отличие от традиционной системы управления инженерным оборудованием, где для каждого функционального элемента необходима собственная линия управления, а для каждой инженерной системы — отдельная сеть, в системе EIB силовая электропроводка прокладывается только между исполнительными устройствами (реле, регуляторами и т.д.) и собственно потребителями, а все системные элементы (датчики, контроллеры) требуют объединения только сигнальным кабелем (шиной управления). Благодаря этому силовая часть выполняется без обходных путей. Это уменьшает расход силового кабеля, количество соединений, потери и, как следствие, снижает вероятность возникновения пожара и повышает надежность силовой цепи, упрощает электромонтажные работы. Электропроводка в дальнейшем может быть легко расширена и модифицирована.

Сеть EIB — это децентрализованная система, не требующая центрального управления в виде персонального или специализированного компьютера. При изменении функционального назначения оборудования или перепланировке помещений обеспечивается быстрая адаптация системы EIB путем простого перепрограммирования шинных приборов без прокладки новых линий, а дополнительный прибор или датчик может быть установлен в любом месте, где есть возможность подключения к кабелю управления. Нарушение работы одного или нескольких устройств не приводит к нарушению работы всей системы. Этим обеспечивается высокая надежность и удобство эксплуатации, поскольку замена приборов производится без отключения питания.

Система EIB позволяет осуществлять функции охраны объекта и активный режим экономии электрической и тепловой энергии, что делает ее самоокупаемой. Все эти важные преимущества наглядно иллюстрируют простоту и доступность проектирования и управления системой.

Передача данных может производиться по нескольким средам:

– витая пара (9600 бит/с);

– электросеть (1200 бит/с);

– радиоканал (16,384 кбит/с, 868 МГц, 25 мВт);

Протокол KNX не привязан к какой-либо аппаратной платформе. Определено три категории устройств:

– тип А — с автоматической настройкой. Это оборудование конечного пользователя;

– тип Е — с легкой настройкой. Эти устройства имеют ряд параметров, которые нужно задать вручную в соответствии с требованиями пользователя;

– тип S — системные устройства. Используются при создании заказных систем управления зданием. В них нет предустановленных линий поведения. Программирование и установка осуществляются специалистом.

Интеллектуальные системы освещения непрерывно развиваются. Пока единого стандарта нет, и борьба между существующими протоколами передачи продолжается. Очевидно, что будущее за протоколами двунаправленного обмена. В настоящее время в данной области доминируют RDM и DALI, однако окончательно лидер определится в ближайшие два года.

Самым серьезным препятствием для создания единого стандарта является несовместимость сетевого оборудования. В этом смысле не помогает даже создание контроллеров, поддерживающих распространенные интерфейсы, такие как Ethernet. Смена протокола — дорогая и сложная процедура, она ставит под сомнение будущее текущих проектов, на которые уже потрачено немало ресурсов, поэтому производители очень неохотно на это идут.

2. Higgins D. Lighting Control Protocols//ESTA Protocol, 2000.

Автор: Екатерина Самкова, редактор, «ИД Электроника»

Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».

Источники: http://www.russianelectronics.ru/-r/review/2195/doc/58067/