Systemy sterowania oświetleniem

Grupą systemów, bez których działanie inteligentnego budynków byłoby praktycznie nie-możliwe, są automatyczne systemy sterowania oświetleniem. Zapewniają one nie tylko odpowiednie warunki świetlne w określonych pomieszczeniach i strefach budynku, ale również racjonalnie niskie zużycie energii przekładające się w sposób bezpośredni na ogra-niczenie kosztów eksploatacji (oświetlenie typowego budynku użytkowego generuje około 40% rocznych kosztów energii). Zaawansowane sterowanie oświetleniem wbudowane w nowoczesne systemy monitoringu i sterowania pozwalają na efektywne zarządzanie oświe-tleniem całego budynku z jednego centralnego miejsca, co usprawnia również konserwację i eksploatację.

Podstawową funkcją tej grupy systemów jest zapewnienie optymalnych parametrów świetlnych w określonych miejscach budynku poprzez dobór odpowiednich strategii ste-rowania oświetleniem. Sześć podstawowych strategii wykorzystywanych w różnych kon-figuracjach systemów oświetleniowych scharakteryzowano poniżej.

Czujniki ruchu/obecności – w tej strategii czujniki odpowiedzialne są za detek-cję osób przemieszczających się lub znajdujących się w poszczególnych pomieszczeniach.

Umożliwia to automatyczne włączanie, podtrzymywanie i - przy braku obecności -

wy-Pobrano z mostwiedzy.pl

łączanie oświetlenia. Czujniki mogę działać w dwóch trybach: autonomicznym oraz sieciowym. Tryb autonomiczny pozwala czujnikowi na bezpośrednie załączenie oświe-tlenie, natomiast sieciowy przekazuje sygnał z czujnika do odpowiedniego sterownika zarządzającego oświetleniem. Czujniki działają w technologii pasywnej poczerwieni PIR (reagują na połączenie ruchu i ciepła wytwarzanego przez użytkowników) generując sy-gnały załączenia i wyłączenia światła w sposób automatyczny. Rozwiązanie to doskonale sprawdza się w zastosowaniu do różnego rodzaju budynków i przestrzeni. Przykładem są inteligentne obiekty biurowe, w których znajduje się wiele obszarów o różnym natężeniu ruchu np. korytarze, pomieszczenia techniczne, garaże, itp. Drugą grupą czujników są urządzenia zbudowane w oparciu o technologię radarową. W stosunku do PIR, czujniki radarowe wykrywają każdy rodzaj ruchu, nie rozróżniając obiektów generujących ciepło.

Obie technologie mogą ze sobą współpracować i wzajemnie się uzupełniać.

Wykorzystanie światła dziennego – też może być stosowana do sterowania oświe-tleniem w ten sposób, że natężenie światła elektrycznego automatycznie dostosowuje się do ilości światła dziennego dostępnego w danym pomieszczeniu. Nowoczesne systemy sterowania oświetleniem działają zatem adaptacyjnie w stosunku do światła dziennego, które cechuje się dużą zmiennością intensywności oświetlenia oraz składu widmowego w zależności od pory dnia i warunków pogodowych.

Harmonogramowanie czasowe – pozwala na opracowanie scenariusza zarządzania oświetleniem w określonych obszarach na podstawie z góry określnego i konfigurowalnego harmonogramu.

Strojenie zadaniowe lub sterowanie indywidualne – kiedy maksymalne po-ziomy natężenia oświetlenia ustawiane są z góry i przypisywane do konkretnych zadań lub pomieszczeń (zapobieganie zbyt mocnemu oświetleniu określonych obszarów). W przypadku sterowania indywidualnego, kiedy to użytkownik dostosowuje natężenie oświe-tlenie do własnych potrzeb poprzez wykorzystanie graficznego interfejsu umieszczono na panelach dotykowych lub tabletach.

Odpowiedz na zapotrzebowanie – scenariusz polegający na zmniejszeniu obcią-żenia sieci przez automatycznie przyciemniane lub wyłączanie w ten sposób oświetlenia prowadzi do zmniejszenia zapotrzebowania na energię całego budynku lub oszczędności w okresach podwyższonego zapotrzebowania na energię.

Systemy oświetleniowe pozwalają na implementację wszystkich sześciu opisanych sce-nariuszy jednocześnie. Efektywność działania oraz generowane oszczędności wynikające z ich wdrożenia przyczyniają się do kontynuacji prac nad doskonaleniem tych systemów.

W przypadku systemów oświetleniowych, efektywność ich działania zależna jest od protokołów wykorzystywanych w komunikacji pomiędzy czujnikami a urządzeniami ste-rującymi. W dalszej części scharakteryzowane zostaną protokoły najczęściej wykorzysty-wane w inteligentnym sterowaniu oświetleniem.

Pobrano z mostwiedzy.pl

System DALI¹⁶– prezentowany w 2000 roku na międzynarodowych targach we Frank-furcie, stanowi standard interfejsu (open-source) dla elektronicznych układów zasilają-cych z możliwością regulacji strumienia świetlnego. Sieć DALI złożona jest z jednego kontrolera i wielu urządzeń typu slave. Urządzenie kontrolujące, poprzez wykorzystanie adresowania (unikalnej liczby w przedziale od 0 do 63) może nawiązywać dwukierunkową komunikację z innymi urządzeniami. W sieci, które posiadają więcej niż 64 urządzenia, stosuje się tzw. bramki DALI, aby rozszerzyć liczbę obsługiwanych urządzeń. Komunika-cja pomiędzy kontrolerem a urządzeniami odbywa się asynchronicznie według protokołu szeregowego w trybie half-duplex. Medium komunikacyjnym jest kabel dwużyłowy, po-zwalający na osiąganie transferu do 1200 bit/s [41]. Sieci można budować z wykorzystania topologii szyny lub gwiazdy. Otwartość kodu, łatwość w konfiguracji oraz funkcjonalność powodują, że rozwiązanie to jest chętnie wybierane i stosowane w zarówno w przypadku pojedynczych pomieszczeń, jak i złożonych koncepcji oświetleniowych dla całych pięter lub obiektów wielopiętrowych. Niewątpliwie dużą zaletą systemu DALI jest łatwość jego integracji z istniejącymi systemami automatyki budynku oraz fakt, że system ten opra-cowany został na potrzeby sterowania jedynie oświetleniem.

System KNX¹⁷ (EN 50090, ISO/IEC 14543) – też pozwala na sterowanie oświetle-niem, jednak jego możliwości znacznie wykraczają poza tę funkcję. KNX umożliwia integrację różnych funkcji automatyki budynkowej, niezależnie od producenta sprzętu.

Ze względu na duże możliwości integracyjne system umożliwia sterowanie ogrzewaniem, roletami, markizami, bramami, oknami połaciowymi oraz systemami bezpieczeństwa.

KNX stanowi jednolity otwarty standard często wybieranym do integracji systemów w inteligentnych obiektach. Dokładny opis tego standardu znajduje się w punkcie 2.2.9.

System DMX¹⁸ – reprezentuje cyfrowy protokół komunikacyjny wykorzystywany po-wszechnie do sterowania oświetleniem na scenach teatralnych, w muzeach itp. System ten bazuje na wykorzystaniu interfejsu szeregowego RS-485¹⁹, który służy do sterowania oświetleniem wielokolorowym, RGB²⁰ oraz temperaturą oświetlenia (np. w teatrze). Za pomocą systemu możliwe jest tworzenie efektów świetlnych z wykorzystaniem się tech-nologii LED²¹ (odznaczającej się dużym bogactwem kolorów oraz wydajnością). DMX umożliwia sterowanie maksymalnie 512 kanałami jednocześnie, przy prędkości transmisji danych wynoszącej 250 kB/s (takie parametry systemu pozwalają na sterowanie dużą liczbą lamp RGB przy dynamicznej zmianie barw).

System LonWorks²² – wyraża standard (ISO/IEC 14908) opracowany przez firmę

16ang. Digital Addressable Lighting Interface.

17KNX - https://en.wikipedia.org/wiki/KNX (standard).

18ang. Digital Multiplex.

19RS-485 - interfejs szeregowy.

20ang. Red, Green and Blue (color model).

21ang. Light Emitting diode.

22ang. Local Operating Network.

Pobrano z mostwiedzy.pl

Echelon²³ do budowy rozproszonych systemów automatyki i sterowania. Komunikacja pomiędzy urządzeniami pochodzącymi od różnych producentów realizowana jest z wy-korzystaniem otwartego protokołu LonTalk. Wyróżnia się tu pomiędzy czujnikami, ele-menty wykonawcze i sterowniki. Wymiana danych realizowana jest zdarzeniowo [38].

Rozwiązanie to ze względu na duże możliwości konfiguracyjne sprawdza się dobrze nie tylko w przypadku sterownia oświetleniem, ale również w innych rozwiązaniach dotyczą-cych automatyki budynkowej, np. w kontrola dostępu (2.2.4), sygnalizacji przeciwpoża-rowej (2.2.6) oraz systemach HVAC (2.2.8).

Rys. 2.4. System monitoringu opraw oświetlenia awaryjnego [44].

System EnOcean to technologia radiowa, niewymagająca używania baterii do zasila-nia urządzeń. Łączniki i czujniki pobierają energię z otoczezasila-nia; w przypadku przełącznika jest to siła potrzebna do jego uruchomienia, w przypadku czujników jest to ciepło lub energia świetlna. Każdy z występujących w sieci nadajników posiada unikalny numer, dzięki któremu umożliwia jest identyfikacja urządzenia po stronie odbiornika. Transmi-sja danych (mimo ograniczeń energetycznych) została zabezpieczona i uodporniona na zakłócenia. EnOcean jest technologią pozwalającą na duża elastyczność w trakcie pro-jektowania przy stosunkowo niskich kosztach instalacji [37, 83]. Technologia ta pozwana nie tylko na budowanie inteligentnych systemów oświetleniowych, ale również podobnie jak LonWorks innych rozwiązań wchodzących w skład automatyki budynkowej [2].

Oświetlenie ostrzegawcze, niezbędne w systemach zarządzających inteligentnymi obiek-tami, również nadzoruje za pomocą dedykowanych systemów oświetleniowych. Często w

23Echelon – http://www.echelon.com/.

Pobrano z mostwiedzy.pl

integruje się systemy oświetleniowe z systemami sygnalizacji przeciwpożarowej (rozdział 2.2.6). Do obsługi oraz wizualizacji działania takich systemów wykorzystuje się ekrany dotykowe wykonane w technologii rezystancyjnej lub pojemnościowej. W systemach za-rządzających oświetleniem ostrzegawczym istnieje możliwość identyfikacji i oprogramo-wania każdego urządzenia z osobna (każda lampa posiada inny adres). Przykładowy schemat działania systemu przedstawiony został na rys. 2.4 [102].