Что собой представляет система управления освещением? По сути, это интеллектуальная сеть, функционал которой позволяет обеспечивать нужное количество света там, где и когда это необходимо. Иногда такие системы называют «умным освещением».
Традиционные схемы построения систем освещения основаны на централизованном однотипном управлении работой осветительных приборов в большом количестве офисных, складских помещений и производственных цехов. Однако для многих типов промышленных помещений и других объектов многофункционального назначения универсальные решения оказываются непрактичными и неэффективными.
В таких случаях целесообразен переход от централизованной системы управления освещением к децентрализованной, которая способна обеспечить необходимый уровень освещенности отдельных производственных помещений или рабочих мест. При этом пользователи могут устанавливать параметры освещения, обеспечивающие максимально высокую производительность труда, создание позитивного настроя, повышение концентрации внимания и улучшение самочувствия людей.
Установка светодиодных светильников позволяет экономить около 60% электроэнергии. Но это еще не предел энергоэффективности. Использование технологий интеллектуального управления освещением дает возможность свести эти затраты к минимуму.
Система «умного освещения», выполненная с использованием светодиодных технологий, дает возможность реализовать весь заложенный в ней потенциал за счет регулировки уровня освещения с учетом суточных биоритмов человека и в зависимости от количества естественного света, поступающего через окна.
Управление наружным освещением промышленных объектов
На всех предприятиях любой отрасли промышленности с целью обеспечения безопасности и повышения эффективности труда работников уделяется особое внимание освещенности.
В проект оснащения объектов осветительными приборами искусственного света включаются места с повышенной загруженностью (заводские цеха, складские помещения, лаборатории, различные производственные площадки) и траектории маршрутов, по которым перемещаются сотрудники.
В зависимости от назначения наружное освещение территории предприятий делится на несколько видов:
- Освещение площадок для выполнения работ;
- Освещение складских помещений (материалов и готовой продукции);
- Освещение площадок для разгрузки/погрузки сырья и готовой продукции;
- Освещение дорог и проездов.
Кроме того, по границам охраняемой территории устраивается охранное освещение.
Прожекторы и другие осветительные приборы подключаются к сети общего электроснабжения освещаемого объекта. Отдельные элементы или части системы могут быть запитаны от разных трансформаторных подстанций или распределительных пунктов.
Таким образом, источники света одной системы освещения могут питаться от нескольких источников электроэнергии. Однако, согласно действующим нормам и правилам, управление осветительной установкой наружного освещения должно осуществляться централизованно.
Однако специфика деятельности промышленных предприятий такова, что режимы работы разных участков, как правило, индивидуальны. Это определяет различие в режимах работы соответствующих элементов осветительных систем.
Например, при отсутствии погрузочно-разгрузочных работ на складских площадках, когда необходимости в освещенности их территории нет, осветительные приборы на этих участках выключаются. Поэтому система управления наружным освещением должна быть организована так, чтобы различными частями осветительной установки можно было управлять раздельно.
Рассмотрим некоторые варианты устройства управления наружным освещением территории промышленных предприятий. Например, если освещаемая территория отличается сравнительно небольшими размерами, система наружного освещения может быть подключена к одной или двум распределительным подстанциям.
При этом на щитах соответствующих энергообъектов должны быть смонтированы отдельные линии, предназначенные для подачи электроэнергии в сеть системы наружного освещения. В таком случае управление работой сети осуществляется непосредственно с электрощитов. Для этого могут быть использованы рубильники, автоматы или пакетные выключатели.
В случае если система наружного освещения состоит из большого количества различных осветительных приборов, подключенных к трехфазной сети, специалисты рекомендуют вместо трехполюсных аппаратов управления устанавливать однополюсное коммутационное оборудование.
Это решение дает возможность включать или выключать часть светильников и таким образом выполнять ступенчатое управление системой наружного освещения. При этом в ночные часы можно питать только одну из фаз. Подключенные к ней наиболее значимые по функциональности осветительные приборы будут выполнять роль дежурного освещения.
На объектах крупных производственных предприятий, где системы наружного освещения получает электроэнергию от нескольких питающих центров, на каждой отдельной линии устанавливаются контакторы или магнитные пускатели.
Эти устройства выполняют роль управляющих элементов. Их катушки подключаются к осветительной системе по каскадной схеме, которая предполагает последовательное включение (отключение) участков групповой сети наружного освещения.
В каскадных схемах централизованного управления рекомендуется предусматривать контроль включенного (отключенного) состояния коммутационных аппаратов, установленных в цепи питания освещения.
Управление системами охранного освещения необходимо осуществлять только по централизованной схеме. С этой целью используется либо особый пункт управления освещением, либо отдельное караульное помещение.
В случаях, когда необходимо обеспечить освещенность подходов к охраняемым объектам или на территорию контролируемых зон, разрешается использование местного управления, которое осуществляется с места дислокации охранника.
Группы осветительных приборов, установленных непосредственно у входов в здание или сооружение, подключаются к сети внутреннего освещения с помощью отдельных выключателей и управляются независимо от светильников внутренней сети освещения. При большом их количестве они могут быть объединены в отдельную группу и управляться вместе с наружным освещением.
В список необходимых элементов систем наружного освещения территории производственных предприятий также входят прожекторы. В зависимости от площади и особенностей освещаемого участка для его освещения могут быть использованы мачты высотой до 10-50 метров.
Как правило, общее количество источников света, которые устанавливаются на осветительных мачтах высотой 10 метров, не превышает 10 шт. На мачтах высотой от 15 до 30 метров может быть установлено около 20 прожекторов. Если в системе наружного освещения используются 50-метровые мачты, количество световых приборов может достигать 100 шт.
В случае если система наружного освещения состоит из небольшого количества светильников, установленных на осветительных мачтах высотой не более 15 метров, управление их работой проводится одновременно. Для этого на прожекторы устанавливаются однофидерные ящики типа ЯРВ или ЯВП, оснащенные рубильником и предохранителями. Для дистанционного управления источниками света вместо ЯРВ и ЯВП могут быть использованы электромагнитные пускатели.
При большом количестве прожекторов управление системой наружного освещения осуществляется по другой схеме. Для того чтобы иметь возможность подключения световых приборов по частям, а также для повышения надежности проводимых коммутаций, все светильники делятся на группы. В каждую из них входит не более двух-трех прожекторов.
С помощью отдельных автоматов такие группы осветительных приборов подключаются к щиту. Это позволяет, в зависимости от условий эксплуатации, включать необходимое количество прожекторов.
В случае возникновения аварийной ситуации появляется возможность использовать исправные группы осветителей, чтобы с их помощью проводить аварийные и ремонтные работы в темное время суток.
Помимо этого, при такой схеме подключения короткое замыкание в одном из светильников или кабелей приведет к отключению только одной группы прожекторов.
Наряду с групповыми электрощитами на осветительных мачтах обычно устанавливают вводный щит. Он оснащается рубильником или пускателем и позволяет осуществлять дистанционное управление работой световых приборов с центрального диспетчерского пункта.
На мачтах, оборудованных несколькими площадками, распределительные групповые щиты монтируются на площадках, где установлены светильники. В нижней части прожекторной мачты устанавливаются вводный щит с пускателем дистанционного управления и магистральный щит, линии которого питают верхние распределительные щитки.
В случае если на мачтах установлены фотоэлектронные и часовые автоматы, исполнительное реле этих устройств включается последовательно с катушкой вводных пускателей мачты.
С целью обеспечения безопасности полетов самолетов все сооружения высотой свыше 50 метров должны быть оснащены соответствующими светооградительными огнями. Питание и управление их работой осуществляются независимо от сети наружного освещения объекта.
Такие огни включаются в темное время суток, а также в условиях плохой видимости (во время тумана, метели, дождя и др.).
Ящики управления освещением ЯУО 9600. Особенности конструкции
Для управления работой системы искусственного освещения производственных предприятий могут быть использованы ящики серии ЯУО 9600. Низковольтные комплектные устройства предназначены для управления установками с различными
источниками света и осветительными сетями, напряжение переменного тока в которых составляет 380/220В.
В зависимости от режима управления ЯУО могут быть нескольких типов:
- ЯУО 9601. Функционал устройства обеспечивает ручное и дистанционное управление освещением. Кроме того, существует возможность реализации автоматического режима с включением или выключением осветительных приборов в определенное время по программам, задаваемым таймером, или в зависимости от уровня естественной освещенности, опираясь на астрономические данные о времени восхода и захода солнца в конкретной местности;
- ЯУО 9602. Устройство обеспечивает возможность ручного (с помощью кнопок, расположенных на дверце ящика) и дистанционного режимов управления, а также автоматическое включение/выключение источников света от сигнала фотодатчика только при достижении заданного уровня освещенности. Управление по таймеру не предусмотрено;
- ЯУО 9603. С устройством этого типа возможен ручной режим управления, а также автоматическое включение/выключение светильников в заданные программатором промежутки времени (например, в технологические перерывы в работе цеха или производственной площадки). Возможность дистанционного управления с помощью выносного пульта не предусмотрена;
- ЯУО 9604. Ящик с дистанционным управлением освещением с диспетчерского пункта по каналу GSM для включения осветительных установок в режиме – «ДЕНЬ», «ВЕЧЕР», «НОЧЬ». При нарушении обмена по каналу GPRS контроллер переключается на SMS канал, а в случае нарушения и SMS канала переходит на работу по SMS каналу с другим сотовым оператором. При неработоспособности системы управления ЯУО 9604 позволяет переключаться на местное (ручное) управление работой осветительных сетей и установок производственных зданий, сооружений, территорий и других промышленных объектов. Оснащен защитой от несанкционированного проникновения посторонних лиц, оповещает дежурного диспетчера об открытии дверцы ящика;
- ЯУО 9611. С этим ящиком возможна реализация ручного и дистанционного режима управления. Кроме того, его функционал позволяет организовать автоматическое управление работой осветительной системы с учетом времени суток и уровня освещенности. Особенностью устройства этой модификации является питание двух осветительных линий, которые могут функционировать независимо друг от друга. При этом одна из этих линий может выполнять роль дежурного освещения, а вторая – функцию основного освещения, включаясь в определенные часы темного времени суток;
- ЯУО 9612. Устройство этого типа позволяет организовать ручной и дистанционный режим управления освещением, а также автоматический режим. В этой модели также реализована возможность питания двух независимых осветительных линий (схема ЯУО 9611);
- ЯУО 9613. Функционал ящика этой модификации обеспечивает возможность ручного, дистанционного и автоматического (только по времени) режимов управления. Эта модель позволяет организовать питание 2-х независимых осветительных линий (схема ЯУО 9611);
- ЯУО 9614. Ящик этого типа дает возможность выполнять ручное, дистанционное и автоматическое управление освещением территории объекта по времени и уровню освещенности. ЯУО 9614 может питать две независимые линии (схема ЯУО 9611), при этом первая из них управляется с помощью фотореле, вторая – от реле времени.
Ящики серии ЯУО 9600 укомплектованы корпусом навесного исполнения с запирающейся на ключ дверцей, обеспечивающей доступ к аппаратуре. Внутри корпуса (в зависимости от модификации) установлены элементы автоматизации и защиты:
- Автоматический выключатель;
- Электромагнитный силовой пускатель;
- Фотовыключатель (программатор);
- Фотовыключатель;
- Предохранитель;
- Клеммные колодки.
К условиям эксплуатации ящиков управления освещением предъявляется ряд требований:
- Оборудование может быть установлено на высоте не более 2 000 метров над уровнем моря. В случае если этот показатель ниже отметки в 1 000 метров, необходимо позаботиться о дополнительной изоляции и снижении воздействия холодного воздуха на элементы ящика.
- ЯУО 9600 предназначены для использования в невзрывоопасной среде. В атмосфере или в воздухе помещения, где они устанавливаются, не должно быть агрессивных газов и паров в концентрации, разрушающей изоляцию и пластмассу или способствующей коррозии.
- Ящики разрешается использовать при температуре окружающей среды, соответствующей климатическому исполнению оборудования, которое указано в условных обозначениях.
- Для корректной работы выносной фотоголовки температура окружающей среды должна находиться в диапазоне от -40 °С до +40 °С. При этом относительная влажность воздуха не должна превышать отметку в 98% при температуре +25 °С.
- Фотоголовка устанавливается на вертикальной плоскости на кронштейне. Светочувствительная плоскость фоторезистора должна быть направлена на север.
- Ящики устанавливаются вертикально. Допускается отклонение от рабочего положения в любую сторону не более чем на 5°.
- Устройства предназначены для работы в продолжительном режиме.
В список преимуществ использования ящиков управления освещением серии 9600 входят:
- Простота управления и обслуживания;
- Возможность доступа к управлению с каждого исполнительного пункта электрической сети;
- Возможность постоянного контроля исправности функционирования отходящих линий;
- Возможность включения и отключения осветительной установки кнопками, установленными на дверце ящика, а также с помощью средств телемеханики из диспетчерских пунктов;
- Учет электропотребления согласно тарифному расписанию;
- Повышенная устойчивость к механическому воздействию;
- Оборудование может быть установлено как внутри, так и снаружи помещений;
- Длительный срок эксплуатации. При условии правильно подобранной модификации, отсутствии ошибок во время монтажа, а также в случае выполнения рекомендаций завода-изготовителя по использованию оборудования срок службы ящиков может составлять более 10 лет.
Расшифровка условных обозначений.
Например, на устройстве стоит маркировка ЯУО-960Х-ХХ74-У3 IP54.
- Буквы ЯУО информируют потребителя о конструктивном исполнении оборудования. В данном случае – это ящик управления освещением;
- первая цифра, расположенная за буквенным обозначением, свидетельствует о классе низковольтного комплектного устройства (НКУ) по функциональному назначению. В данном случае цифра 9 информирует о возможности автоматического регулирования;
- вторая цифра, расположенная за буквенным обозначением, указывает на группу НКУ в классе. В данном случае цифра 6 свидетельствует о том, что оборудование относится к группе устройств с программным управлением;
- третья и четвертая цифры (в примере 0Х), стоящие после буквенного обозначения, информируют потребителей о порядковом номере устройства в серии;
- следующие две цифры (в примере ХХ), стоящие после порядкового номера в серии, указывают на исполнение по номинальному току ящика и расцепителя выключателя. Здесь возможны варианты:
31 – 16А; 41 – 125А;
34 – 25А; 42 – 160А;
35 – 32А; 43 – 200А;
36 – 40А; 44 – 250А;
37 – 50А; 45 – 315А;
38 – 63А; 46 – 400А;
39 – 80А; 47 – 500А;
40 – 100А; 48 – 630А;
- следующая цифра информирует об исполнении по напряжению в силовой сети. 7 обозначает 380 В, 50 Гц;
- за показателем исполнения по напряжению в силовой сети прописана цифра, указывающая на исполнение по напряжению в цепи управления. В примере стоит цифра 4, которая обозначает 220В, 50Гц;
- УЗ – символьное обозначение климатического исполнения и категории размещения по ГОСТ15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для разных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды» и ГОСТ15543.1 «Изделия электротехнические и другие технические изделия. Общие требования в части стойкости к климатическим внешним воздействующим факторам»;
- IP указывает на степень защиты от воздействия окружающей среды. В примере приведены цифры 54, которые информируют о том, что элементы автоматизации защищены от контакта с пылью и брызг, падающих в любом направлении. При этом небольшое количество пыли может проникать внутрь корпуса, однако это не отражается на работе оборудования.
Шкаф управления освещением ШУО. Особенности использования
Оборудование типа ШУО используется для управления освещением, осветительными сетями, установками зданий, сооружений и различных территорий промышленного назначения с любыми источниками света напряжением 380 В переменного тока
частотой 50 Гц. Кроме того, функционал шкафов позволяет выполнять ряд функций:
- Учёт и распределение электрической энергии;
- Защита линий от перегрузок и при КЗ в электрических трехфазных сетях;
- Выполнение нечастых оперативных включений/отключений электрических цепей. В данном случае термин «нечастый» означает возможность выполнения не более шести таких действий в течение часа.
Шкафы могут быть установлены как в помещении, так и на открытом воздухе. В случае монтажа внутри здания обслуживание оборудования производится с одной стороны. Номинальный режим работы – продолжительный.
ШУО обеспечивают включение/отключение осветительной установки:
- от сигнала фотодатчика при достижении установленного уровня освещенности помещения или территории;
- в определенные периоды времени по программам, задаваемым таймером.
Шкафы управления освещением выпускаются в виде металлического сварного корпуса прямоугольной формы с оборудованными внутри двумя отсеками. Один отсек предназначен для установки аппаратуры учета, второй – для устройств управления. Каждое из этих отделений закрывается дверью с уплотнением.
Управление ШУО может быть: автоматическим, ручным, местным или удаленным. Выбор режима осуществляется с помощью соответствующих устройств управления.
Включение и отключение осветительной установки в ручном режиме выполняется с помощью кнопок, расположенных на двери шкафа. Дистанционное управление осуществляется с использованием средств телемеханики.
В шкафах этого типа предусмотрена возможность раздельного управления ночным освещением (три однофазных линии) и дополнительным вечерним освещением (три однофазных линии, в щитах до 100А и шесть однофазных линий – в щитах до 250А включительно).
Основные требования, которые предъявляются к условиям эксплуатации:
- Шкаф должен быть установлен в местах, где высота над уровнем моря не превышает 1 000 метров.
- Оборудование разрешено использовать при температуре окружающей среды в диапазоне от –10 °С до +40 °С.
- Для выносной фотоголовки температура окружающего воздуха должна находиться в рамках температурного интервала от –40 °C до +40 °C.
- Относительная влажность воздуха не должна превышать 90% при температуре воздуха +25 °С.
- Шкафы можно использовать в невзрывоопасной среде. В воздухе не должно быть примесей агрессивных веществ, газов, паров и токопроводящей пыли в концентрации, которая может разрушить металл, изоляцию или нарушить работу установленных в корпус шкафа элементов.
- ШУО монтируются вертикально. Допускается отклонение от рабочего положения на 5° в любую сторону.
- Требования техники безопасности в соответствии с ГОСТ 12.2.007.0-75 «Изделия электротехнические. Общие требования безопасности».
Расшифровка условных обозначений.
Например, на устройстве стоит маркировка ШУО-32-23-3-54-УЗ.
- буквы ШУО представляют собой аббревиатуру от названия электрощитового оборудования – шкаф управления освещением;
- первые две цифры указывают на номинальный ток. В примере 32А. Возможны другие варианты: 40, 50, 63, 80, 100, 125, 163, 200, 250 и 400А;
- вторая пара цифр информирует покупателя или пользователя о режиме управления. В примере 23 – свидетельствует о наличии фотореле. Возможны другие варианты: 21 – автоматический режим с включением или выключением осветительных приборов в определенное время по программам, задаваемым таймером; 24 – комбинированное управление (таймер + фотореле);
- цифра, стоящая после второго тире, обозначает количество пунктов нагрузки. В примере 3;
- следующая пара цифр указывает на степень защиты корпуса по ГОСТ 14254-2015 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (Код IP)». В примере IP54;
- два символа, следующие за показателем вида климатического исполнения, информируют о категории размещения по ГОСТ 15150. В примере маркировка У3 означает, что изделие предназначено для эксплуатации в районах с умеренным климатом с категорией размещения 3 (в закрытых помещениях с естественной вентиляцией).
Шкафы управления наружным освещением УНО. Конструкция и принцип работы
Электротехническое оборудование этого типа используется для ручного, автоматического, комбинированного управления осветительными установками и сетями производственных сооружений и других объектов, а также для управления с диспетчерского пункта с использованием средств телеметрии.
Функционал шкафа управления наружным освещением обеспечивает возможность работы в местном, автономном и каскадном режимах управления напряжением. Автономное управление осуществляется с использованием таймера, сумеречного реле, астрономических часов или других устройств.
При каскадном управлении сигналы могут поступать по специальному проводу от предыдущего шкафа или пульта. Нужный режим выбирается с помощью органов управления.
В шкафу УНО предусмотрена возможность раздельного управления ночным (три однофазных линии) и вечерним (три-шесть однофазных линий в зависимости от модификации) освещением. Для удобства использования он оснащен внутренней подсветкой.
Кроме того, шкаф также используется для учета и распределения электроэнергии, защиты линий при перегрузках, чтобы избежать короткого замыкания.
Оборудование может быть установлено в помещении с искусственной или естественной вентиляцией, под навесом или на открытом воздухе. Номинальный режим работы – продолжительный.
Конструкция изделия состоит из унифицированного металлического корпуса с установленной внутри монтажной панелью и выносного датчика. Роль панели также может выполнять рама с комплектующими устройствами навесного защищенного исполнения.
Внутри ящика установлены:
- Автоматический выключатель;
- Электромагнитный контактор;
- Фотореле;
- Программатор режимов работы;
- Клеммные колодки;
- Устройства защиты отходящих линий.
Ввод проводов и кабелей выполняется с помощью сальников, которые могут быть расположены сверху и/или снизу ящика. Дверь запирается на замок.
Шкаф УНО устанавливается в вертикальном положении (допустимое отклонение в любую сторону может составлять 5°). Разрешен к использованию на высоте не более 2 000 метров над уровнем моря. В случае если устройство установлено на высоте более 1 000 метров над уровнем моря, рабочий ток шкафа следует снизить на 10%.
Окружающая среда в месте расположения шкафа должна быть:
- Невзрывоопасная;
- Без токопроводящей пыли;
- Без агрессивных газов и паров.
Расшифровка условных обозначений.
Например, на устройстве стоит маркировка УНО – ХХ(Х) – ХХХ – ХХ – ХХ:
- символы УНО – аббревиатура от «шкаф управления наружным освещением»;
- первые три цифры, стоящие за буквенным обозначением электротехнического изделия, информируют потребителя о номинальном токе устройства. Возможны варианты:
63 – 63А;
100 – 100А;
160 – 160А;
250 – 250А;
- следующие три цифры указывают на режим управления. Возможны варианты:
010 – каскадное управление. Осуществляется посредством средств телемеханики от диспетчерских пунктов;
021 – включение и отключение установки в установленные периоды времени. Осуществляется с помощью программного недельного или суточного реле времени;
022 – включение и отключение осветительного оборудования в заданные промежутки времени. Функция обеспечивается наличием в конструкции шкафа программного астрономического таймера;
023 – осветительная установка включается и отключается от сигнала фотодатчика при достижении заданного уровня освещенности;
024 – комбинированный режим. Управление включением и отключением светильников возможно с учетом заданных периодов времени (устанавливаются программным недельным или суточным реле времени) и от сигнала фотодатчика в случае достижения заданного уровня освещенности;
- третья группа цифр обозначает степень защиты оболочки ГОСТ 14254-2015. Возможны варианты:
21 – IP21 означает, что устройство защищено от внешних твердых предметов диаметром 12,5 мм и более, а также от конденсатной влаги и вертикально падающих капель дождя;
54 – IP54 означает надежную защиту от пыли и брызг, падающих в любом направлении. Небольшое количество пыли может проникать внутрь корпуса, но это не нарушает работу устройства.
- четвертая группа цифр информирует о климатическом исполнении и категории размещения оборудования. Возможны варианты:
У1 – означает, что изделие предназначено для эксплуатации в районах с умеренным климатом с категорией размещения 1 (на открытом воздухе);
У3.1 – означает, что оборудование можно устанавливать в районах с умеренным климатом с категорией размещения 3.1 (в закрытых, нерегулярно отапливаемых помещениях, с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий).
СУО. Практичное решение для помещений промышленного назначения
Обычному человеку может казаться, что в дистанционном управлении осветительными приборами нет никакой необходимости. Чтобы включить или выключить свет, достаточно просто нажать на кнопку выключателя. Возможно, кому-то этот вариант действительно удобен. Однако такое решение подходит только для обычной квартиры. Для коммерческих, складских и производственных помещений это не только неудобно, но еще и невыгодно.
В современных реалиях вопросам энергосбережения уделяется особое внимание. Поэтому многие предприятия активно внедряют автоматические системы управления освещением (СУО), которые помогают организовать максимально комфортное освещение, контролировать работу оборудования и более рационально использовать электроэнергию.
Система управления освещением представляет собой электронную сеть, функционал которой позволяет регулировать включение, отключение и интенсивность свечения источников света. Контроль над освещением ведется с использованием различных протоколов. Каждый из них – это язык, на котором происходит общение приборов между собой.
Исследование простых СУО, действующих на базе аналоговых датчиков, показало, что такие системы позволяют достаточно эффективно снизить энергопотребление. Внедрение передовых технологий управления светильниками обеспечивает еще большую экономию.
При этом такие решения обладают дополнительными возможностями и отличаются рядом преимуществ (по сравнению с простыми методами). Например, поддерживают нормируемый уровень освещенности в помещениях и обеспечивают комфортное управление запрограммированными световыми сценариями.
По оценкам аналитиков, система дистанционного управления освещением с использованием энергоэффективных LED-ламп дает возможность экономить до 80% электрической энергии. Этот показатель напрямую зависит от нескольких составляющих:
- Система настроек;
- Выбор используемых датчиков управления освещением;
- Интенсивность естественного света;
- Частота движения персонала и техники.
Как правило, выбор компонентов СУО зависит от особенностей поставленных задач. Самые простые решения могут быть реализованы с использованием фотореле и локальных датчиков движения или присутствия.
Глобальные СУО можно рационально построить на базе специальных контроллеров, позволяющих реализовать запрограммированные сценарии освещения в зависимости от сигналов датчиков или команд, которые поступают с панелей управления.
В таких системах, наряду с датчиками освещенности (фотореле) и присутствия, также используются инфракрасные (ИК) датчики управления освещением. ИК устройства реагируют на перемещение в поле их обзора объектов, излучающих тепло. Сами по себе они не активны и ничего не излучают, а лишь фиксируют тепловое излучение.
Инфракрасные датчики работают в зоне прямой видимости, когда между устройством и объектом нет преград. При этом они достаточно чутко реагируют даже на малейшее изменение температуры, что позволяет выполнять точную настройку.
С другой стороны, такая особенность существенно ограничивает сферу применения этих устройств. Чтобы избежать ложных срабатываний, ИК-датчики не рекомендуется устанавливать в зоне действия источников тепла – отопительных приборов, кондиционеров, вблизи мощных источников света, излучающих тепловую энергию и др.
Кроме того, корректность работы инфракрасных датчиков зависит от температуры окружающей среды. Вне помещений точность сенсоров заметно снижается. Поэтому в системах освещения промышленных предприятий их рекомендуется устанавливать в офисных и складских помещениях, в фойе, холлах и на лестничных клетках.
В момент фиксации тепла (инфракрасного излучения) такие датчики генерируют электрический импульс и коммутируют нагрузку на источник света. Промежуток времени, после которого происходит автоматическое отключение осветительных приборов, можно настаивать самостоятельно.
Нередко в системах управления осветительными приборами используются микроволновые датчики. Это активные устройства. Они испускают волны высокой частоты и фиксируют отраженное излучение от посторонних предметов, появляющихся в поле их видимости. При этом температура движущегося объекта значения не имеет.
Эта особенность микроволновых сенсоров позволяет исключить ложные срабатывания из-за воздействия источников тепловой энергии. Работоспособность устройств не зависит от температуры как прилегающих объектов, так и окружающей среды. Поэтому такие устройства можно устанавливать в тех местах, где инфракрасные аналоги нередко «ошибаются».
Правда, и у микроволновых датчиков есть своя ахиллесова пята. Корректность их работы напрямую зависит от наличия поблизости мощных внешних источников электромагнитного излучения. Например, электрощитовых. Такое соседство – не лучшее место для установки сенсора.
Одними из наиболее важных преимуществ СВЧ-датчиков можно назвать точность и чувствительность. Они мгновенно реагируют даже на малейшее движение за стеной, стеклом, перегородкой или другими препятствиями. Главное условие – преграда должна быть диэлектрической или слабопроводящей.
Такие устройства отличаются компактными размерами, их не обязательно устанавливать в зоне прямой видимости.
Микроволновые датчики можно монтировать за навесными потолками и внутри полых перегородок. Помимо эстетических преимуществ скрытая установка позволяет использовать сенсор в составе охранных систем.
Как правило, стоимость СВЧ-аппаратов выше цены инфракрасных датчиков, а дальность их действия немного меньше. Но микроволновые сенсоры способны реагировать даже на едва уловимое движение объекта.
Конструкция датчиков и особенности выбора
На рынке представлены датчики разной конструкции. Одни предназначены для настенного монтажа, другие – для крепления к потолку. Правда, это вовсе не означает, что каждый из них обязательно должен быть установлен строго на стене или способом потолочного монтажа.
Как правило, многое зависит от особенностей планировки помещения и поставленной задачи. Однако в большинстве случаев конструкция датчика максимально адаптирована под соответствующий тип монтажа. Кроме того, при выборе устройства необходимо обращать внимание на рекомендуемый диапазон возможных высот установки оборудования и параметры устройства: степень защиты IP и диаграмму направленности.
Выбор датчика напрямую зависит от геометрии помещения, в котором его планируют устанавливать. При этом важно правильно определить зону обзора устройства. Ошибки, допущенные на этом этапе, часто приводят к тому, что неправильно выбранный и установленный прибор «не видит» зону, интересующую пользователя.
Выбрав предполагаемое место установки датчика, необходимо определить желаемый угол обзора и максимальное расстояние, на котором сенсор должен улавливать движение. При этом дистанция измеряется в разных направлениях, если целевая зона не ограничивается одной дверью.
Эксперты рекомендуют предварительно нарисовать схему места, где будет установлен прибор, указать углы обзора и расстояния, а затем сравнить свой чертеж с диаграммой направленности из паспорта датчика.
Установленный прибор необходимо настроить. У большинства моделей инфракрасных датчиков доступно регулирование трех параметров:
- Уровень освещенности (LUX). Этот параметр измеряется в люксах. По сути, это пороговая освещенность, при которой сенсор начинает или перестает реагировать. Это необходимо для того, чтобы осветительные приборы не включались в светлое время дня. В некоторых случаях для удобства производитель указывает диапазон освещенности в паспорте. Как правило, он охватывает промежуток от минимального значения до дневного света. Нередко оптимальное пороговое значение выбирается вручную. Для этого следует подождать того уровня освещенности, при котором необходимо включать искусственное освещение и с помощью регулятора найти соответствующее значение на шкале.
- Чувствительность (SENS). Этот параметр определяет расстояние, на котором датчик фиксирует движущиеся объекты. Стоит учитывать, что максимальный уровень чувствительности сенсор имеет в тот момент, когда движущийся объект перемещается перпендикулярно лучам зоны обнаружения. Минимальный – при движении объекта параллельно этим лучам.
- Время отключения (TIME) – это то время, через которое освещение автоматически выключится после прекращения движения в зоне видимости сенсора.
Проводная система управления освещением
Чтобы автоматизированная система управления освещением была экономически выгодной, важно правильно подобрать протокол и оборудование. Для этого необходимо более детально рассмотреть возможности существующих протоколов.
АСУ бывают проводные и беспроводные. В проводных системах управляющий сигнал от контроллера передается управляемому осветительному прибору по отдельным проводам с управляющим напряжением. Таким образом, к каждому светильнику подводится собственный провод, а все вместе они ведут к главному контроллеру.
«1-10 В». На языке профессионалов управление по току называется «аналоговый протокол управления «1-10 В». Система хорошо себя зарекомендовала в тех случаях, когда используется небольшое количество светильников. Однако с увеличением их числа она становится громоздкой и неудобной в обслуживании.
Например, для организации осветительной установки из 100 источников света требуется проложить несколько километров проводов. Такая система сложная как в построении, так и в управлении. Она громоздкая и непрактичная. В разъемах и кабелях сложно обнаружить и устранить неполадку. А огромное количество управляющих проводов значительно увеличивает стоимость монтажа и эксплуатации светотехнического оборудования.
Практика показала, что «1-10 В» и аналогичные ей системы не имеют единого стандарта и требуют установки дополнительной аппаратуры – адаптеров, усилителей и инверторов напряжения для подключения диммеров одного производителя к управляющим консолям другого. Таким образом, монтаж, пуск в эксплуатацию и настройка аналоговых систем управления освещением – зачастую процесс сложный и трудоемкий.
DMX512. Новой ступенью развития СУ стала разработка протокола DMX512, который описывает цифровую передачу данных от контроллера к оконечным устройствам, управляющим светотехническим и вспомогательным оборудованием.
Название стандарта расшифровывается как Digital Multiplexing (цифровое мультиплексирование, т. е. использование одной и той же линии для передачи сигналов разным адресатам). 512 означает возможность управления по одной линии связи одновременно 512 каналами. Иногда протокол называют просто DMX, цифры при этом опускают.
Стандарт разработан в 1986 году. Версия, которая используется в настоящее время, датируется 1990 годом. Протокол основан на хорошо зарекомендовавшем себя интерфейсе для промышленных сетей RS-485.
В RS-485 для передачи и приема данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом. Концы кабелей оснащены разъемами XLR. При стационарной установке могут быть использованы винтовые клеммы.
Изначально стандарт DMX был создан для управления диммерами. Сегодня он широко используется для управления движущимися и «умными» устройствами. По сути не важно, чем управлять в системе «передатчик – приемник» этого протокола, поскольку на декодер можно подключить любую нагрузку.
Использование стандарта дает возможность объединить приборы в линию с рекомендуемой длиной не более 1 000 метров. Эксперты рекомендуют сократить длину линии до 500 метров или использовать повторители.
Обустройство длинных сетей требует применения качественного кабеля. Его сопротивление должно позволять получать не менее 0,2 В на терминирующем резисторе 120 Ом на удаленном конце линии при напряжении 2 В на передающем устройстве. Сечение кабеля должно быть не менее 0,22 мм².
Чтобы предотвратить интерференционные процессы и появление ошибок все линии, построенные по протоколу DMX, должны быть защищены от влияния силового кабеля. Не допускается прокладка линий в трубопроводах или объединение в жгуты с силовыми кабелями.
До появления этого стандарта в светотехнической отрасли использовались другие цифровые системы. Однако они были разношерстными и несовместимыми друг с другом. Кроме того, большинство производителей, в попытке защитить себя от коммерческого пиратства, держали в секрете подробности работы своих систем. Конечный потребитель оказывался заложником ситуации и был вынужден покупать продукцию определенного бренда.
У протокола DMX512 есть как сильные стороны, так и определенные недостатки. Однако он пользовался популярностью, поэтому его структура специально поддерживалась максимально простой для стимулирования производителей к переходу на этот стандарт. Стратегия принесла свои плоды, поскольку переход на DMX не требовал больших капиталовложений или кардинального изменения конструкции уже существующих светотехнических изделий.
DALI – цифровой адресный протокол управления освещением был разработан в качестве замены «1-10 В» и других аналоговых систем, определен в соответствии с Европейским стандартом IEC 62386.
DALI открыт и доступен всем производителям светотехники. Он упрощает связь и управление несколькими устройствами. Например, это может быть трансформатор, светодиодный драйвер и др.
Особенности протокола:
- Данные передаются по шине, общей для всех подключенных устройств (исполняющих и управляющих);
- В передаче данных участвуют два провода, которые не требуют экранирования. Таким образом, в системе стало меньше проводов. Соответственно, уменьшился объем монтажных работ. Однако протокол не позволяет отказаться от проводов полностью;
- Допускается расположение проводов в одном кабеле с питанием 220 В (фаза, ноль, земля и два провода шины);
- Подключение шины не требует соблюдения полярности;
- Отсутствует необходимость подключения к концам шины терминаторов для подавления отраженных сигналов;
- В крупных системах несколько шин DALI могут быть подключены к контроллерам и интегрированы с системой управления зданием;
- Это не высокоскоростная сеть;
- Возможна реализация любой топологии (в отличие от DMX, который допускает только соединение типа «луч»);
- Возможность изменения конфигурации устройств DALI. Это свойство позволяет избежать необходимости прокладки дополнительных кабельных линий;
- Предусмотрена защита от подключения питания к шине управления.
Протокол разработан по принципу децентрализованного интеллекта. Здесь каждое устройство оснащено памятью, в которой хранится вся необходимая информация (в т. ч. диагностическая). Это снижает технические требования к системе управления и объем данных, передаваемых по шине.
DALI, в отличие от традиционных протоколов управления, имеет двунаправленную связь. Эта особенность позволяет системе управления запрашивать данные и получать информацию о состоянии каждого подключенного устройства.
В качестве ответа на отправленный запрос могут быть получены данные о текущем состоянии прибора (включен или выключен), а также более сложная информация о состоянии каждого устройства. Например, это может быть информация о техническом состоянии источника света или уровне заряда аккумуляторной батареи.
Протокол позволяет организовать групповое управление приборами и диагностировать неисправности. Это свойство DALI используется в системах автоматизации зданий, где требуется организация удаленного управления и контроль состояния каждого подключенного к сети устройства.
Некоторые системы управления, к примеру, такие как унифицированная цифровая ПЛК, которая специально разработана для использования в производственных условиях, могут изначально иметь интерфейс DALI. В то время как другим для налаживания связи могут потребоваться специальные преобразователи (шлюзы).
У таких шлюзов есть один ощутимый недостаток. Они либо не обладают полным функционалом DALI, либо реагируют медленнее, поскольку вынуждены переводить команды со своего протокола в нужный интерфейс. Устройства с интерфейсом DALI могут управлять светодиодными драйверами, балластами, диммерами и другой аппаратурой напрямую.
Дополнительные возможности системы DALI:
- Поддерживается последовательное и параллельное подключение ключей управления группами осветительных приборов;
- Наличие программируемых реле;
- Функциональные возможности протокола не исключают возможность загрузки конфигурации с основного контроллера;
- Автоматическое обнаружение осветительных приборов;
- Поддержка режима мягкого старта;
- Перемещение источников света не требует перезапуска всей системы управления.
Управление освещением и РоЕ
«Умные» системы освещения базируются на технологии РоЕ (аббр. Рower over Ethernet). Она регламентируется стандартом IEEE 802.3, который появился в 2003 году и в последующие годы был доработан. Стандарт определяет, что питание и коммутационные данные могут передаваться по одному стандартному сетевому кабелю непосредственно на подключенные к сети устройства.
Питание подается при помощи питающего оборудования PSE (аббр. power-sourcing equipment), установленного в концентраторе или коммутаторе. Все устройства, подключенные к сети и получающие энергию, называются питаемыми PD (аббр. powered device).
С целью компенсации потерь электричества в сетевом кабеле питающие устройства PSE имеют запас мощности. Первая версия стандарта IEEE802.3af устанавливала максимальную мощность питающего оборудования на уровне 15,4 Вт при напряжении питания 44-57 В постоянного тока при использовании кабеля категории Cat3 и выше.
В сентябре 2018 года был введен в действие новый стандарт питания PoE IEEE802.3bt, который обеспечивает наивысший уровень максимальной мощности. Стандарт используется в питающем оборудовании типа 3 и 4.
Документ повышает энергопотребление через интернет, поддерживает PoE по четырем парам и стандарты 10GBASE-T, 5GBASE-T, 2.5GBASE-T по кабелю «витая пара» категории 5E и выше, снижает энергопотребление в режиме ожидания и используется для IoT приложений (например, освещение, автоматизация зданий).
Использование технологии РоЕ превращает каждый осветительный прибор в plug-and-play-устройство с собственным IP-адресом. «Умный» светодиодный хаб способен собирать данные об общей освещенности, уровне влажности, температуре, количестве людей в помещении и др.
Впоследствии эта информация передается в централизованный контроллер, который управляет системой освещения. К примеру, отслеживание присутствия людей в помещении позволяет включать светильники, когда человек входит, и выключать свет сразу после того, как все вышли.
На производственных предприятиях датчики движения нередко используются для подсвечивания лестниц и тамбуров, регулирования освещенности подсобных и складских помещений, а также мест, пребывание в которых имеет естественные временные ограничения.
Датчики освещенности (сумеречные реле) чутко реагируют на степень освещения окружающего пространства. Они способны информировать о необходимости включения или выключения ламп, прожекторов, фонарей и других осветительных приборов. По сути, эти устройства предназначены для автоматического управления источниками искусственного света.
Правильно установленные и грамотно запрограммированные датчики выполняют свою функцию без участия людей. С наступлением сумерек они включают светильники, а на рассвете выключают их. Использование этих устройств позволяет экономить до 10-15% электроэнергии.
Принцип работы датчиков освещенности предельно прост: прибор отслеживает уровень светового излучения, попадающего в поле его видимости, затем фотоэлемент фокусирует световые лучи и направляет их к детектору.
При достижении определенного порога яркости (минимального или максимального) детектор создает напряжение, которое выполняет роль сигнала для замыкания цепи. Именно этот сигнал включает осветительный прибор с наступлением темного времени суток, а с первыми лучами солнца – выключает.
Датчики внешней освещенности нашли свое применение в системах аккумулирования энергии в дневное время. Они могут быть использованы для регулирования интенсивности свечения LED-ламп. Кроме того, эти приборы способны поддерживать постоянный уровень освещенности в темное время суток.
Технология РоЕ идеальна для энергоснабжения, подключения и управления светодиодными хабами по локальным сетям. Таким образом, система освещения на базе светодиодов становится частью инфраструктуры информационных технологий.
Ее функционал позволяет устанавливать связь с другими коммунальными сервисами посредством подключенных к сети цифровых устройств. Это могут быть смартфоны, планшеты или персональные компьютеры.
Интегрированные в такую систему освещения датчики присутствия помогают найти, к примеру, ближайшую свободную комнату для проведения срочного совещания, важной деловой встречи или брейнсторминга.
Кроме того, «умная» сеть предоставляет всестороннюю информацию об энергопотреблении зданий и сооружений. Измерение, управление и контроль работы всех сетевых узлов (включая системы отопления и вентилирования) в режиме реального времени позволяют улучшить интеграцию систем, оптимизировать их использование, чтобы таким образом минимизировать расход электроэнергии и повысить эффективность эксплуатации.
По оценкам аналитиков, установка LED-светильников, оснащенных датчиками, позволяет снизить затраты на электроэнергию на 85%. Экономия достигается за счет использования технологий управления, поддерживающих системы освещения РоЕ.
Прежде всего, речь идет о возможности многоступенчатого регулирования яркости свечения осветительных приборов, использовании естественного освещения и о включении светильников только там и тогда, когда это нужно, например, только в присутствии человека. Всё это вносит весомый вклад в снижение операционных затрат.
Каждый источник света можно настроить в соответствии с требованиями нормативных документов к освещенности рабочих мест, а также с учетом индивидуальных потребностей людей, находящихся в помещении, что способствует снижению утомляемости и создает максимально комфортную рабочую среду.
Помимо этого, централизованное преобразование переменного тока в постоянный, которое осуществляется в сетевом коммутаторе, существенно снижает уровень потерь электроэнергии. В таком случае расходуется меньше электричества, чем при аналогичном преобразовании непосредственно в устройствах-потребителях.
По мнению экспертов, эффективность преобразования электрической энергии в коммутаторе составляет порядка 90%, в то время как при аналогичном преобразовании на уровне конечных устройств энергетические потери могут достигать отметки в 30%.
Важным аргументом в пользу таких решений является сокращение объемов тепловыделения, что увеличивает срок службы осветительных приборов (по сравнению с традиционными вариантами).
Еще одно ощутимое преимущество освещения с технологией РоЕ состоит в том, что такие системы дают возможность снизить капиталовложения на монтаж сети за счет использования меньшего количества материалов и сокращения объема монтажных работ.
При обустройстве РоЕ-системы полностью исключена необходимость прокладки отдельных кабельных линий переменного тока, также нет необходимости прокладывать для них отдельные кабельные трассы. Схема монтажа упрощается благодаря тому, что система использует постоянный ток и кабели «витая пара», предназначенные для передачи информации.
При развертывании систем освещения РоЕ следует придерживаться стандарта для кабельных систем EN 50173-6. Документ рекомендует использовать зонную кабельную топологию, обеспечивающую высокий уровень гибкости. При этом внесение изменений в конфигурацию, подключение новых устройств, администрирование и управление кабельной системой не требует особых усилий и нуждается в минимальных капиталовложениях.
Промежуточные точки подключения располагаются в зональных боксах. Каждое устройство системы освещения РоЕ присоединяется к ним с помощью короткого и простого в обслуживании соединения, которое обеспечивает оперативное развертывание. Эта особенность приобретает особую важность в случае плотной расстановки устройств. 
С целью улучшения отвода тепла и поддержки новых приложений, требующих большей пропускной способности, в системах освещения РоЕ следует использовать экранированный кабель с улучшенными характеристиками класса EA / Категории 6A и класса FA / Категории 7A. Горизонтальный кабель и коммутационный устройства должны быть предназначены для использования при температуре до 75 °С.
Устойчивость функционирования присоединяемого оборудования гарантируется успешным прохождением процедуры независимой сертификации. В помещениях, где экологический контроль отсутствует, оптимальные тепловые характеристики способны обеспечить кабели и коммутационные шнуры с одножильными проводниками.
Любое решение для подключения объекта должно содержать интегрированную систему комплексной безопасности. Освещение РоЕ не стало исключением из правил. Во многих системах подобного рода для управления используют беспроводную связь. Это требует обеспечения надежного шифрования и кодирования.
Безопасность системы во многом зависит от правильной организации доступа к информации и персонализированного контроля за действиями пользователей. Как правило, решение этих задач, как и централизованное администрирование, входит в компетенцию специалистов ИТ-подразделения.
Беспроводные системы управления освещением
Для управления отдельным осветительным прибором или группой светотехнических устройств, установленных на промышленных объектах, разработаны различные системы, которые базируются как на аппаратной, так и на программной основе.
Zigbee. С момента появления концепции «Интернета вещей» возникла необходимость соединения множества различных приборов. Для передачи информации данных возможностей Bluetooth и Wi-Fi было недостаточно. Причин несколько: прежде всего, это недостаточный уровень надежности и высокая стоимость компонентной базы. Ожидалось, что протокол беспроводной связи Zigbee сможет исправить положение.
Суть протокола содержится в его названии. ZigBee – это микс двух слов: zigzag (зигзаг) и bee (пчела). Так называют танец пчелы по возвращении в улей. Именно таким образом она передает информацию свои соплеменникам об источнике нектара. Протокол позволяет устройствам связываться между собой напрямую и с использованием промежуточных узлов.
Отличительной особенностью ZigBee является ячеистая топология. Сигнал передается от одного устройства к другому вплоть до момента, пока не достигнет конечного получателя. В случае возникновения каких-либо помех либо выхода из строя одного из компонентов сеть способна проложить сигналу альтернативный путь.
В структуру ZigBee входят:
- Координатор, который выполняет функцию управления и маршрутизации данных, отвечает за выбор политики безопасности, разрешает или запрещает добавление новых элементов, в случае необходимости переводит устройства на другой частотный канал;
- Маршрутизатор распределяет данные по сети и прокладывает оптимальный путь передачи данных. Кроме того, устройство отвечает за поиск других маршрутов при отказе компонентов сети;
- Выходные устройства – датчики и выключатели. Эти элементы обмениваются информацией с координатором или маршрутизатором, передают данные об определенных событиях и выполняют полученные команды.
Основные характеристики протокола:
- Рабочая частота 2,4 ГГц;
- Внутри помещений радиус действия составляет 75-100 метров, на открытой территории этот показатель превышает 300 метров. Использование ретрансляции и расширение сети за счет добавления новых компонентов позволяет увеличить зону покрытия более чем в 10 раз;
- Скорость передачи данных – 250 кбит/с;
- ZigBee позволяет подключить к сети около 65 тыс. осветительных приборов;
- Моментальное включение источников света;
- Энергоэффективность;
- Самонастройка. В процессе добавления устройств настройка происходит в автоматическом режиме;
- Самовосстановление. Ячеистая топология позволяет сети восстановить работу после возможных неполадок;
- Широкие возможности управления системами освещения. Реализация функции диммирования, подключение различных датчиков (в зависимости от поставленной задачи), возможность программирования режима освещения и объединения осветительных приборов в группы. Кроме того, протокол дает возможность контролировать работу отдельных устройств.
МЕ6. Беспроводная система управления освещением позволяет контролировать тысячи LED-светильников. Элементы системы связываются между собой по зашифрованному беспроводному каналу связи с помощью бесплатного облачного решения или ПО, установленного на сервере предприятия.
Кроме того, предусмотрена возможность настройки энергоэффективных алгоритмов работы системы освещения из любой точки земного шара с использованием мобильных приложений на базе iOS/Android и через веб-интерфейс.
МЕ6 – готовое решение по автоматизации и диспетчеризации освещения. Интуитивный интерфейс и гибкость беспроводных решений не требует от инженеров специальных знаний о специфике работы протоколов, стандартов светотехнического оборудования и программирования ПО.
Основные особенности беспроводной системы управления освещением МЕ6:
- Простота проектирования, монтажа, настройки, обслуживания и эксплуатации;
- Энергоэффективность;
- Снижение сроков окупаемости системы освещения;
- Возможность изменения зон и перегруппировки светильников без прокладки проводов;
- Возможность реализации централизованных и масштабируемых решений;
- Открытый API для интеграции в IoT платформы и BMS системы здания.
Развитие беспроводных и облачных технологий дает возможность в полной мере ощутить все сильные стороны подхода plug&play из сферы информационных технологий в сегменте управления освещением. Сегодня проектирование, монтаж, эксплуатация и расширение систем освещения промышленных предприятий становятся такими же простыми, как серфинг в Интернете.
LoRa. Технология разработана для межмашинного (М2М) взаимодействия на расстоянии до 15 км. Объединяет в себе особый метод модуляции LoRa в беспроводных сетях LPWAN и открытый протокол LoRaWAN, который определяет архитектуру системы. Она создана таким образом, что позволяет обслуживать до 1 млн устройств в одной сети при минимальном потреблении электричества, обеспечивая им автономную работу сроком до 10 лет на одном аккумуляторе АА.
Сеть LoRaWAN состоит из нескольких элементов:
- Конечное устройство выполняет функции управления и измерения. Содержит комплекс необходимых датчиков и управляющих компонентов;
- Шлюз. По сути, это узел, который с помощью радиоканала принимает данные, поступающие от конечных устройств, и передает их в транзитную сеть. Роль транзитной сети могут выполнять сеть Ethernet, WiFi или сети подвижной радиотелефонной связи.
Шлюз и конечные устройства формируют топологию типа «звезда». Это позволяет уменьшить энергопотребление устройств (за счет отсутствия необходимости пересылки пакетов от других устройств) и упростить архитектуру сети.
В большинстве случаев это устройство оснащено многоканальными приемопередатчиками для обработки сигналов. Взаимодействие нескольких таких устройств обеспечивает обширную зону радиопокрытия сети и формирует прозрачную двунаправленную передачу информации от конечных устройств к серверу.
- Сетевой сервер используется для управления сетью. Его непосредственными функциями является задание расписания, адаптация скорости, а также сбор, обработка и хранение принимаемых данных.
- Сервер приложений позволяет в удаленном режиме мониторить работу конечных устройств и собирать необходимые данные.
Реализация концепции «Интернета вещей» требует обеспечения безопасных условий эксплуатации и сохранности данных от несанкционированного проникновения посторонних лиц. С целью выполнения этих требований в сети LoRaWAN используются два уровня безопасности: уровень сети и уровень приложения.
Сетевая безопасность гарантирует достоверность узла в сети, в то время как уровень безопасности приложений гарантирует, что оператор сети лишен доступа к данным приложения, принадлежащим конечному пользователю.
Преимущества сети LoRaWAN:
- Дальность передачи радиосигнала достигает 10-15 км, что намного больше, чем способны обеспечить другие беспроводные технологии;
- Конечные устройства отличаются низким энергопотреблением. Эта особенность объясняется тем, что на передачу небольшого пакета данных затрачивается минимальное количество энергии;
- Высокая проникающая способность радиосигнала в городской застройке при использовании частот субгигагерцового диапазона, который широко применяется для реализации беспроводного канала в низкоскоростных малопотребляющих системах автоматизации и управления;
- Высокий уровень масштабируемости сети на больших территориях;
- Отсутствие необходимости получения частотного разрешения и платы за радиочастотный спектр в связи с использованием нелицензируемых частот (ISM band).
Система LoRa идеально подходит для экосистемы как «умных городов», так и «умных зданий». На начальном этапе своего существования «умные здания» представляли собой некий микс из разрозненных решений IoT и в основном были сконцентрированы на вопросах энергосбережения.
Дальнейшее развитие технологии «Интернета вещей» открыло новые возможности для управления активами, включая контроль всех систем жизнеобеспечения, техническое обслуживание электрооборудования, мониторинг состояния микроклимата на рабочих местах.
К 2020 году руководители и владельцы многих предприятий начали понимать, что «умное здание» – это больше, чем просто инструмент для рационального использования средств, выделяемых на эксплуатацию. «Умное здание» выступает важным средством, способным привлечь и удержать квалифицированных специалистов.
Дело в том, что поколение миллениалов выросло в новых условиях и уже привыкло к повсеместной автоматизации. Эти люди отдают предпочтение тем компаниям, которые создали удобную и привлекательную рабочую среду. Поэтому «умные здания» с интеллектуальными системами управления различными системами, включая освещение, становятся неотъемлемой частью современной жизни.
АСУНО: свет под контролем
Одним из эффективных методов повышения энергоэффективности промышленных объектов является интеграция автоматизированной системы управления наружным освещением (АСУНО). По сути, это комплекс, в который входит светотехническая продукция, электротехнические устройства и программное обеспечение. Он позволяет обеспечить нужный уровень освещенности и оптимизировать энергопотребление.
Основные преимущества АСУНО:
- Компактность и простота внедрения. Система может быть встроена в уже существующую схему управления освещением. При этом процесс интеграции не требует внесения серьезных изменений в действующую систему;
- Гибкость управления. Комплекс позволяет создавать диспетчерский центр для управления освещением территории промышленного объекта. Многоуровневая сеть контрольных пунктов дает возможность организовать оперативное отслеживание работы элементов сети, проводить развернутую диагностику и осуществлять удаленное программирование режимов работы осветительных приборов;
- Экономический эффект. Настройка оптимального графика включения и отключения наружного освещения, использование энергосберегающего оборудования помогают существенно снизить затраты на электроэнергию. Кроме того, возможность дистанционного мониторинга минимизирует расходы, связанные с обслуживанием системы;
- Функциональность. АСУНО предоставляют возможность управления линиями системы освещения в ручном, дистанционном и автоматическом режимах. Кроме того, они поддерживают функцию диммирования источников света в диапазоне от 0 до 100%, могут быть запрограммированы для работы по разным графикам и алгоритмам.
- Оперативность. Системы позволяют отслеживать исправность линий и оповещать о возникновении аварийных ситуаций в режиме реального времени.
Кроме управления системой освещения некоторые виды АСУНО могут выполнять функцию охраны, совершать действия, свойственные автоматизированным системам технического учета электроэнергии (АСТУЭ) и автоматизированным системам коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ).
Работа автоматизированной системы управления наружным освещением строится по модульному принципу, который позволяет масштабировать ее и адаптировать к выполнению конкретных задач по диагностике, телеуправлению и охране объектов.
АСУНО «Модуль-С». В качестве примера программно-аппаратного комплекса управления наружным освещением можно привести АСУНО «Модуль-С». В зависимости от места установки, особенностей окружающей среды и с учетом индивидуальных задач на предприятии может быть реализован один из пяти режимов работы системы управления:
- Ручной режим используется при тестировании работоспособности линий освещения и для принудительного управления в случае возникновения нештатных ситуаций, когда без вмешательства оператора ситуацию разрешить не удалось.
- По расписанию. Осветительные приборы включаются или отключаются в заранее заданное время.
- По сигналу датчика освещенности. Система самостоятельно управляет осветительными приборами, ориентируясь при этом на текущий уровень освещенности и его минимальное пороговое значение.
- Управление по восходу/закату солнца. Контроллерное оборудование определяет время восхода/заката солнца и на основании полученных данных посылает соответствующий сигнал. В ходе расчетов во внимание принимаются географические координаты и применяются поправочные коэффициенты, позволяющие компенсировать отличия фактического времени восхода/заката и расчетного, которое может зависеть, например, от рельефа местности и ряда других факторов.
- Комбинированный режим дает возможность выделить несколько линий в качестве дежурных, для которых сигналы датчиков будут более весомыми, чем сигналы устройств, включающих или отключающих осветительные приборы в заранее запрограммированное время. Используется в случаях, когда необходимо оптимизировать систему освещения служебных помещений в течение рабочего дня. Кроме того, этот режим применяется, если изменение погоды может отразиться на уровне освещенности.
По желанию покупателя АСУНО «Модуль-С» может быть оборудована приборами учета электрической энергии. В таком варианте функционал системы управления освещением существенно расширяется. Эксплуатирующие службы получают возможность:
- Организовать учет энергопотребления;
- Контролировать качество электрической энергии;
- Оперативно отслеживать работу светильников и получать информацию о месте нахождения перегоревших ламп;
- Отслеживать несанкционированное подключение.
К «Модуль-С» по сети Ethernet может быть подключено до 32 линий освещения. Дополнительно система может быть укомплектована GPRS/GSM/3G-модемом или точкой доступа Wi-Fi. С целью более рационального использования электроэнергии в ночное время суток, когда численность работников на территории предприятия снижается, возможно частичное отключение осветительных приборов.
На базе АСУНО могут быть реализованы два решения. Для этого необходимо использование универсальных средств автоматизации и ОРС протоколов, многие из которых базируются на технологиях Windows и отличаются высокой функциональностью.
Первое решение – это упрощенная версия СУО. Здесь функции управления выполняет программируемый логический контроллер (ПЛК). Система управления разрабатывается при программировании контроллера и загружается в его энергонезависимую память.
Такой вариант SCADA-системы визуализирует необходимые показатели. Диспетчер с помощью веб-браузера загружает из ПЛК АСУНО экранную форму с текущими показаниями, которые отображаются в режиме реального времени. Каждый модуль выводится в отдельное окно браузера.
Такая система отличается надежностью, она проста в построении и эксплуатации. Кроме того, не требует больших капиталовложений, поскольку визуальные средства управления интегрируются в память контроллера. Используется в тех случаях, когда нет необходимости в создании полноценной SCADA.
Во втором варианте SCADA-система выступает в качестве полноценного элемента всей АСУНО, содержит полную информацию о ней, дает возможность настройки визуализации и архивирования данных.
Средства визуализации обеспечивают возможность вывода на экран целостной картины всей системы, а также данных по каждому отдельно взятому модулю. Под SCADA-систему отводится установленный в диспетчерской сервер. Этот вариант может использоваться как готовое полноценное решение, не требующее доработки. Кроме того, он без каких-либо трудностей может быть интегрирован в общую систему управления объекта.
АСУНО «Гелиос» – еще один пример автоматизированной системы управления наружным освещением. Она разработана на базе технических решений Института высоких технологий Белгородского государственного университета. Проекты с ее использованием реализованы на территории 25 субъектов Российской Федерации.
Внедрение АСУНО «Гелиос» позволяет:
- Более рационально использовать электрическую энергию и снизить затраты на энергопотребление на 30-35%;
- Соблюдать требования действующих СНиП, которые предъявляются к наружному освещению;
- Гибко управлять режимами освещения;
- Группировать объекты в зависимости от уровня освещенности;
- Повысить качество оперативно-диспетчерского контроля;
- В удаленном режиме контролировать работу сетей наружного освещения;
- Планировать электропотребление.
«Гелиос» дает возможность управления сетями наружного освещения пофазно. Кроме того, функционал системы позволяет задавать режимы переключений по графику или с привязкой к продолжительности светового дня.
Система обеспечивает:
- сбор показателей измерительных приборов о фактических объемах энергопотребления;
- оперативное оповещение персонала об авариях и других нештатных ситуациях;
- автоматический мониторинг и диагностику оборудования шкафов управления;
- увеличение срока службы оборудования;
- адресное управление режимом работы каждого осветительного прибора, подключенного к сети;
- адресную диагностику состояния фонарей;
- возможность отключения освещения на отдельных участках с диспетчерского пункта;
- реализацию функции диммирования;
- прогнозирование будущих расходов, связанных с электропотреблением;
- возможность интеграции светильников в сторонние системы;
- возможность управления мощностью линии освещения;
- снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию системы наружного освещения.
Система интеллектуального освещения AWADA
Современные интеллектуальные системы освещения предлагают пользователям обширный диапазон функций, гибкость решений, безопасность и возможность более рационального расхода электроэнергии. Недавно на российском рынке светотехники появилась новая многофункциональная система управления – разработка компании AWADA.
Основное предназначение продукта состоит в том, чтобы максимально упростить управление и контроль работы различных световых групп, осветительных приборов, а также увеличить энергоэффективность и эксплуатационные характеристики объекта.
Функционал AWADA позволяет ей интегрироваться в системы диспетчеризации зданий верхних уровней (SKADA\BMS) и масштабироваться вместе с ростом производственных мощностей.
Система интеллектуального управления контролирует освещение в автоматическом режиме (без участия оперативного персонала). В зонах временного пребывания людей осветительные приборы включаются с появлением человека в зоне видимости датчика присутствия и отключаются с заданной задержкой после того, как он выходит из подконтрольной зоны.
Над рабочими местами AWADA отслеживает уровень освещенности и оперативно компенсирует нехватку естественного освещения. Это положительно отражается на самочувствии работников, способствует концентрации внимания и повышает продуктивность. Кроме того, за счет качества и актуальности освещения повышается безопасность производственных процессов.
Система обеспечивает:
- возможность управления с помощью интуитивно понятных наглядных 3D проекций помещений;
- возможность группового управления любым количеством осветительных приборов как в отдельном помещении (или его части), так и на этаже, в здании и комплексе сооружений;
- возможность диммирования отдельного светильника;
- возможность настройки и сохранения световых сценариев для каждой локации;
- цифровой учет потребления электроэнергии в разрезе отдельных источников света и групп светильников;
- анализ энергопотребления по различным группам и режимам работы отдельных элементов сети и системы в целом;
- формирование отчетов в виде графиков.
Выбор оптимального решения для систем управления освещением зависит от поставленных проектных задач. Простые варианты реализуются с использованием локальных датчиков и фотореле. Более сложные – строятся на базе автоматизированных систем. Сегодня на рынке представлен огромный ассортимент аппаратных устройств и программных продуктов, которые помогают успешно справиться с любой задачей.
