Автоматизированные системы освещения производственных помещений. Системы управления освещения: виды, назначение и особенности

Расход электроэнергии на цели освещения может быть приметно снижен достижением хорошей работы осветительной установки в каждый момент времени.

Достигнуть более полного и четкого учета наличия дневного света, равно как и учета присутствия людей в помещении, можно, применяя средства автоматического управления освещением (СУО) . Управление осветительной нагрузкой осуществляется при всем этом 2-мя основными методами: отключением всех либо части осветительных приборов (дискретное управление) и плавным конфигурацией мощности осветительных приборов (схожим для всех либо личным).

К системам дискретного управления освещением сначала относятся разные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры. Принцип деяния первых основан на включении и выключении нагрузки по сигналам датчика внешней естественной освещенности .

2-ые производят коммутацию осветительной нагрузки зависимо от времени суток по за ранее заложенной программке.

К системам дискретного управления освещением относятся так­же автоматы, снаряженные датчиками присутствия . Они отключают осветительные приборы в помещении спустя данный просвет времени после того, как из него удаляется последний человек. Это более экономный вид систем дискретного управления, но к побочным эффектам их использования относится вероятное сокра­щение срока службы ламп за счет нередких включений и выключений.

Системы плавного регулирования мощности освещения по собственному устройству несколько труднее. Принцип их деяния объясняет набросок.

В ближайшее время многими забугорными фирмами освоено создание оборудования для автоматизации управления внутренним освещением. Современные системы управления освещением соединяют внутри себя значимые способности экономии электроэнергии с наибольшим удобством для юзеров.

Автоматические системы управления освещением , созданные для использования в публичных зданиях, делают последующие обычные для этого вида изделий функции:

Четкое поддержание искусственной освещенности в помещении на данном уровне . Достигается это введением в систему управления освещением фотоэлемента, находящегося снутри помещения и контролирующего создаваемую осветительной установкой освещенность. Уже только одна эта функция позволяет сберегать энергию за счет отсечки так именуемого «избытка освещенности».

Учет естественной освещенности в помещениии . Невзирая на наличие в в подавляющем большинстве помещений естественного освещения в светлое время суток, мощность осветительной установки рассчитывается без его учета.

Если поддерживать освещенность, создаваемую вместе осветительной установкой и естественным освещением, на данном уровне, то можно еще посильнее понизить мощность осветительной установки в каждый момент времени.

В определенное время года и часы суток может быть даже внедрение 1-го естественного освещения. Эта функция может осуществляться этим же фотоэлементом, что и в прошлом случае, при условии, что он выслеживает полную (естественную + искусственную) освещенность. При всем этом экономия энергии может составлять 20 — 40%.

Учет времени суток и денька недели. Дополнительная экономия энергии в освещении может быть достигнута отключением осветительной установки в определенные часы суток, также в выходные и торжественные деньки. Эта мера позволяет отлично биться с забывчивостью людей, не отключающих освещение на рабочих местах перед своим уходом. Для ее реализации автоматическая система управления освещением должна быть оборудована своими часами реального времени.

Учет присутствия людей в помещении. При оборудовании системы управления освещением датчиком присутствия можно включать и отключать осветительные приборы зависимо от того, есть ли люди в данном помещении. Эта функция позволяет расходовать энергию более нормально, но ее применение оправдано далековато не во всех помещениях. В отдельных случаях она может даже сокращать срок службы осветительного оборудования и создавать противное воспоминание при работе.

Получаемая за счет отключения осветительных приборов по сигналам таймера и датчиков присутствия экономия электроэнергии составляет 10 — 25 %.

Дистанционное беспроводное управление осветительной установкой . Хотя такая функция не является автоматической, она нередко находится в автоматических системах управления освещением благодаря тому, что ее реализация на базе электроники системы управления освещением очень ординарна, а сама функция добавляет существенное удобство в управлении осветительной установкой.

Способами конкретного управления осветительной установкой является дискретное включение/отключение всех либо части осветительных приборов по командам управляющих сигналов, также ступенчатое либо плавное понижение мощности освещения зависимо от этих же сигналов.

Ввиду того, что современные регулируемые электрические ПРА имеют ненулевой нижний порог регулирования, в современных автоматических системах управления освещением применяется композиция плавного регулирования прямо до нижнего порога с полным отключением ламп в светильниках при его достижении.

Системы автоматического управления освещением, условно можно поделить на два главных класса — так именуемые локальные и централизованные .

Для локальных систем типично управление только одной группой осветительных приборов, в то время как централизованные системы допускают подключение фактически нескончаемого числа раздельно управляемых групп осветительных приборов.

В свою очередь, по охватываемой сфере управления локальные системы могут быть подразделены на «системы управлении светильниками» и «системы управления освещением помещений» , а централизованные — на спец (только для управления освещением) и общего предназначения (для управления всеми инженерными системами строения — отоплением, кондиционированием, пожарной и охранной сигнализацией и т.д.).

Локальные «системы управления светильниками» почти всегда не требуют дополнительной проводки, а ино­гда даже уменьшают необходимость в прокладке проводов. Конструктивна они производятся в компактных корпусах, фиксируемых конкретно на осветительном приборе либо на пробирке одной из ламп. Все датчики, обычно, составляют один электрический прибор, в свою очередь, интегрированный в корпус самой системы.

Нередко осветительные приборы, оборудованные датчиками, обмениваются меж собой информацией по проходам электронной сети. Из-за этого даже в случае, если в здании остался единственный человек, находящиеся на его пути осветительные приборы останутся включенными.

Централизованные системы управления освещением

Централизованные системы управления освещением, более много отвечающие наименованию «умственных», строятся на базе процессоров, обеспечивающих возможность фактически одновременного многовариантного управления значимым (до нескольких сотен) числом осветительных приборов. Такие системы могут применяться или только для управления освещением, или также и для взаимодействия с другими системами построек (к примеру, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления и солнцезащитных огораживаний).

Централизованные системы выдают также управляющие сигналы на осветительные приборы по сигналам ло­кальных датчиков. Но преобразование сигналов происходит в едином (центральном) узле, что предоставляет дополнительные способности вручную управлять освещением строения. Сразу значительно упрощается ручное изменение метода работы системы.

При системах централизованного дистанционного либо автоматического управления освещением питание цепей управления разрешается от полосы, питающей освещение.

Для помещений, имеющих зоны с различными критериями естественного освещения, управление рабочим освещением должно обеспечивать включение и отключение осветительных приборов группами либо рядами по мере конфигурации естественной освещенности помещений.

Имеющийся ассортимент автоматических систем управления освещением (СУО) делится на три класса:

1) СУО осветительного прибора — простая компактная система, конструктивно являющаяся частью осветительного прибора и управляющая только или одной группой нескольких близкорасположенных осветительных приборов.

2) — самостоятельная система, управляющая одной либо несколькими группами осветительных приборов в одном либо нескольких помещениях.

3) СУО строения — централизованная компьютеризованная система управления, обхватывающая освещение и другие системы целого строения либо группы построек.

Большая часть компаний-производителей систем управления освещением (СУО) осветительных приборов изготовляют эти системы в виде отдельных блоков, которые могут быть интегрированы в осветительные приборы разных типов.

Бесспорным преимуществом СУО осветительных приборов является простота их монтажа и эксплуатации, также надежность. В особенности надежны СУО, не требующие электропитания, потому что выходу из строя более подвержены блоки питания СУО и энергопотребляющие микросхемы.

Но если требуется управлять осветительными установками больших помещений либо, к примеру, стоит задачка личного управления всеми светильниками в помещении, СУО осветительных приборов оказываются довольно дорогим средством регулирования, потому что требуют установки одной СУО на один осветительный прибор. В данном случае удобнее использовать , которые содержат меньше электрических компонент, чем требуется в прошлом случае, и потому более дешевы.

представляют собой блоки, размещаемые за навесноыми потолками либо конструктивно встраиваемые в электронные распределительные щиты. Системы этого типа, обычно, производят одну функцию либо фиксированный набор функций, выбор меж которыми делается перестановкой тумблеров на корпусе либо выносном пульте управления системы.

Подобные СУО относительно ординарны в изготовлении и обычно построены на дискретных логических микросхемах. Датчики СУО помещений всегда являются выносными, они должны быть расположены в помещении с управляемыми осветительными установками и к ним нужна особая проводка, что представляет собой определенное практическое неудобство.

Создатель статьи: Sun Cheek

Управление освещением зданий. На освещение мест общего поль­зования жилых, административных и общественных зданий затра­чивается много электроэнергии. Автоматизация управления освеще­нием позволяет установить оптимальный режим работы осветитель­ной сети, что дает экономию электроэнергии и снижает эксплуатаци­онные расходы.

В настоящее время применяются три основные схемы дистанци­онно-автоматического включения освещения лестничных клеток и этажных коридоров зданий: 1) дистанционное включение освеще­ния с помощью кнопочных автоматов с выдержкой времени на от­ключение; 2) управление с помощью фотовыключателей; 3) управ­ление с помощью фотовыключателей и реле времени.

Первая схема предусматривает диспетчерское дистанционное управление, осуществляемое в директивные сроки. Такая схема, как правило, имеет несколько цепей и соответственно автоматических выключателей. Эта схема - пример децентрализованного управле­ния.

Вторая схема работает в автоматическом режиме. Сигнал на включение осветительной сети вырабатывается фотодатчиками, ко­торые устанавливаются в нескольких контрольных точках. При наступлении темноты во всех точках вырабатывается сигнал на вклю­чение Осветительной сети. При дневном освещении аналогично происходит отключение сети. Эта схема обычно применяется в помещениях с естественным освещением. Управление освещением по данной схеме происходит централизованно.

Третья схема работает так же, как и вторая, но в ней предусмат­ривается возможность с помощью реле времени отключать часть осве­щения в ночное время. Эта схе­ма- пример автоматического про­граммного управления осветитель­ной сетью. Применение каждой из трех схем определяется технической и экономической целесообразностью.

Так, например, применение пер­вой схемы целесообразно в зданиях до пяти этажей. На рис. 19.8 пред­ставлена схема лестничного осве­щения секции четырехэтажного до­ма с чердаком: при нажатии любой из кнопок автоматических выключателей А свет зажигается на всех лестничных площадках на период времени, достаточной для подъема на верхний этаж. В случае необходимости свет может быть включен на любой лестничной площадке по пути следова­ния. Если освещение необходимо на более продолжительное вре­мя, то свет может быть включен выключателемВ, установлен­ным на первом этаже.

В этой схеме применяется автоматический выключатель АВ-2 (рис. 19.9), который устанавливается на лестничных площадках и обеспечивает включение освещения на период от по­лутора до трех минут. Выдержка времени обеспе­чивается специальным пневматическим устройством, представляющим собой резиновую мембрану, кото­рая изгибается при нажатии кнопки и постепенно выпрямляется, продавливая воздух через калибро­ванное отверстие в корпусе. Схема с автоматически­ми выключателями имеет ряд недостатков: 1) необ­ходимость прокладки третьего провода и установки большого количества автоматических выключате­лей; 2) постоянная затемненность лестничной клетки.

Схема централизованного управления с фотовы­ключателями нашла широкое применение для зда­ний в 9-12 этажей. Институт «МосжилНИИпроект» разработал специализированный фотовыключатель для управле­ния освещением. В качестве чувствительного элемента выключа­теля использовано фотосопротивление ФСК, внутреннее сопротив­ление которого находится в обратной зависимости от освещенности. С наступлением темноты величина сопротивления ФСК возрастает и падение напряжения на нем увеличивается. Это на­пряжение оказывается достаточным для зажигания неоновой лампочкиМН (рис. 19.10). В цепи лампы МН - РП - РПТ на­чинает протекать ток, достаточный для срабатывания чувстви­тельного поляризованного реле ОРП-4. Последнее своим переключающим контактом включает катушку реле РПТ-100, реле срабатывает и включает исполнительное реле ИР, которое коммути­рует цепь освещения. Кон­денсатор С предназначен для исключения ложных срабатываний при кратко­временных освещении, или затемнении фотосопротив­ления.

В настоящее время про­мышленностью выпускается большое количество фоторе­ле различных типов и Кон­струкций, пригодных для использования в устройст­вах автоматического управ­ления освещением. В каче­стве примера рассмотрим фотореле типа ФР-1 с чувствительным элементом, реагирующим на естествен­ную освещенность фотосо­противлением ФС-К1Г (рис. 19.11). Последова­тельно с фотосопротивле­нием включена катушка по­ляризованного реле типа РП-7, реагирующая на ток в цепи фотосопротивлейия. Но так как контакты реле РП-7 коммутируют незна­чительный по значению ток и, следовательно, не могут включать осветительную цепь, то в качестве выходное реле типа РПНВ, с более мощными контактами, включенными в цепь осветительной сети. Резистор R 2 , включенный последовательно с катушкой реле РП-7, ограничивает значение тока, протекающего через фотосопротивление, а резистор R 1 служит для настройки тока срабатывания реле. Ре­зистор R 3 , включенный последовательно с катушкой реле РПНВ, является делителем напряжения. Диоды Д 1 , Д 2 , Д 3 и Д 4 служат для получения постоянного тока.

Фотореле работает следующим образом: при достаточной естест­венной освещенности значение фотосопротивления мало и по об­мотке реле РП-17 протекает ток, равный или несколько больший тока срабатывания. Контакт реле РП-7 замкнут и шунтирует ка­тушку реле РПНВ, которое находится в отключенном состоянии.

При уменьшении естественной освещенности увеличивается значение фотосопротивления и ток, протекающий по катушке реле РП-7, постепенно уменьшается. При достижении определенного значения тока магнитный поток катушки перестает удерживать сер­дечник и реле отключается. Размыкается контакт, шунтирующий катушку реле РПВН, оно срабатывает и включает цепь осветитель­ной сети. При увеличении освещенности цикл повторяется.

Для автоматизации управления освещением могут применяться фотореле других типов, имеющие различные электрические схемы, и в качестве чувствительного элемента могут использоваться фото диоды или фототранзисторы, но во всех случаях принцип действия их аналогичен описанному.

В домах свыше 12-16 этажей применяется программное управ­ление освещением, переключающее в ночные часы рабочее освеще­ние на аварийное, что позволяет иметь минимально необходимое освещение и получить значительную экономию электроэнергии. С этой целью в схему управления вводят специальное моторное реле времени с часовым механизмом. Принцип работы реле за­ключается в том, что электродвигатель через редуктор приводит во вращение программный диск с двумя кулачками, которые воз­действуют на выходные контакты.

На рис. 19.12, а приведена кинематическая схема моторного реле времени. Пружинный двигатель 10 часового механизма приводит во вращение оси минутного вращения 4 и суточного 8. Скорость движения осей поддерживается часовым регулятором 1 через зуб­чатый редуктор 2 и 9. На оси 4 фрикционно насажен минутный диск 5, устанавливаемый по указателю 3. На оси 8 фрикционно на­сажен диск 6 с двумя временными, шкалами, устанавливаемый по указателю 7 . Часовой диск имеет отверстия, в которых укрепляются специальные штифты 25. При вращении диска штифты входят в зацепление со звездочкой 26 кулачкового механизма 21-24, управ­ляющего контактными пружинами 19, 20. Кулачковый механизм уст­роен таким образом, что замыкание и размыкание контактных пру­жин 19, 20 происходит скачкообразно. Каждая из временных про­грамм может настраиваться независимо по своей шкале. Автомати­ческий завод пружины часового механизма осуществляется электродвигателем 18 через зубчатую передачу 17, 16. Для управле­ния электродвигателем служит микровыключатель 15, который в свою очередь, приводился в действие дифференциальным механиз­мом 11-14.

На рис. 19.12, б приведена принципиальная электрическая схема моторного реле времени. Внешние цепи подключаются к контактам 1 -2 (первая программа) и 6 -7 (вторая программа). Питание на электродвигатель подается на зажимы 3-5. Для заземления ис­пользуют зажим 4.

На рис. 19.13 приведена схема управления освещением лестнич­ных маршей и коридоров 16-этажного дома. Как видно из схемы, лампы объединены в группы, которые включаются промежуточными реле 2Р и ЗР, причем реле 2Р работает только от фотореле, а реле ЗР соединено с реле времени и отключает часть освещения по за­данной программе. Реле 1 P предназначено для переключения пи­тания фотореле при аварийном отключении одного из вводов в здание, что могло бы привести к выключению как рабочего, так и аварийного освещения.

Существенная экономия электрической энергии может быть по­лучена при автоматизации управления освещением некоторых по­мещений в школах больницах и зданиях другого назначения. Так, например, в школах включают на время уроков часть освещения коридоров и некоторых других помещений.

На рис. 19.14 приведена типовая схема автоматического управления освещением в школьном здании, объединенная с звонковой сигнализации и работающая от электрочасов. Для

установления заданных временных периодов включения и отключения освещения необходимо осуществить первоначальное включение автомата 1АВ в начале периода отключения освещения (во время урока). Вклю­чение автомата 1АВ сформирует первый импульс на включение реле 1Р . В дальнейшем периоды работы будут устанавливаться автома­тически и точность их выполнения будет зависеть от работы электрических часов.

Реле 1Р сработает и своим замыкающим кон­тактом в цепи 1-7 замк­нет цепь питания первой катушки двухкатушечного реле ЗР, оно сработает и разомкнет свой замы­кающий контакт в этой же цепи. Реле ЗР зафиксируется в этом положе­нии специальной пружи­ной и замкнет своим замыкающим контактом цепь 10-11 питания ка­тушки реле времени РВ, если замкнуты контакты программного реле вре­мени РВМ и фотовыклю­чателя ФВК. Настройка реле РВМ производится таким образом, что его контакт замыкается за 30-40 мин до начала за­нятий в школе и размы­кается через некоторое время после окончания всех занятий. Контакт ФВК замкнут при недостаточно наружной освещенности. Реле времени РВ своим замыкающим контактом в цепи 1-12 включает цепь питания катушки магнитного пускателя МП , который включит освещение в цепи А-13 , В-14 , С-15 .

После окончания перемены импульс от звонка поступает уже на катушку реле 2Р , так как в цепи реле 1Р размыкающий контакт реле ЗР разомкнут; а в цепи катушки 2Р замыкающий контакт реле ЗР замкнут; замыкающий контакт реле 2Р в цепи 1-8 замкнется и подаст напряжение на вторую катушку реле 3Р через его замкнутый контакт, реле опять сработает и зафиксируется пружиной в новом положении. Одновременно разомкнется его контакт в цепи катушки реле РВ, которое с выдержкой времени, необходимой для того, чтобы все учащиеся успели войти в классы, обесточит катушку МП и лампы освещения ЛО погаснут.

После очередного звонка на перемену импульс от звонка посту­пит опять на реле IP и процесс повторится. Использование двухкатушечного реле типа РП-12 с пружинными защелками (на схеме реле ЗР) обеспечивает нормальную работу схемы без повторной на­стройки при временном отключении напряжения. При ремонтных работах имеется возможность включить освещение вручную с помо­щью выключателя ВК. Рассмотренная схема предназначена только для управления рабочим освещением. Аварийное освещение на пе­риод проведения уроков не отключается и управляется фотореле.

Управление наружным освещением. Управление наружным ос­вещением-сложная техническая задача, так как в условиях круп­ных городов это десятки тысяч светильников, зажигаемых и отклю­чаемых в определенное время, это большие мощности электроэнер­гии, одновременно подключаемые к энергосистеме и отключаемые от нее, это специальные длинные линии управления.

В настоящее время приняты две системы управления освещени­ем: дистанционное (местное) с ограниченной зоной действия на квартал (улицу, площадь) и централизованная с зоной действия на микрорайон (район, город).

Особую трудность в организации управления наружным освеще­нием представляет устройство электрического соединения аппарату­ры управления и светильников. В качестве линий соединения при­меняются: специально проложенные линии (воздушные или ка­бельные), силовые линии электрических сетей (воздушные или кабельные), кабели городской телефонной сети. Вид соединитель­ных линий определяется условиями монтажа и экономическим

фактором.

Специальные линии управления наиболее просто решают вопрос электрического соединения. Они удобны и надежны в эксплуатации, но их устройство связано с большими затратами.

Силовые линии электрических сетей позволяют передавать по ним одновременно и команды управления. Для устройства такого электрического канала необходима специальная аппаратура. Усло­вия эксплуатации канала требуют особого режима, так как его ра­бота связана с двумя самостоятельными электрическими системами: управлением наружным освещением и силовым электроснабжением.

Городская телефонная сеть имеет наиболее развитые электриче­ские каналы, позволяющие также одновременно использовать их для передачи команд управления. При использовании телефонных линий для управления наружным освещением напряжение команд ограничивается 60 В постоянного тока. Это вызвано тем, что фон переменного тока может мешать телефонным переговорам, а на­пряжение лимитируется изоляционными свойствами телефонного кабеля.

Электрическая схема дистанционного (местного) управления наружным освещением выполняется на тех же аппаратах, какие применяются для освещения внутри зданий, включая и фотовыключатели. Аппараты управ­ления и коммутации устанавливаются на каждом из осве­щаемых участков территории. При этом управление освеще­нием может осуществляться из одного или нескольких мест.

Централизованное управ­ление наружным освещением, как правило, осуществляется из одного пункта (диспетчер­ской) и предусматривает от­ключение части освещения в ночное время, а также получе­ние информации о состоянии освещения. В связи с более широкими задачами централи­зованной системы (управле­ние, контроль и сигнализа­ция) для ее устройства при­меняется более сложная аппа­ратура и требуется квалифи­цированное обслуживание.

Осветительная сеть группи­руется по секциям, каждая из которых подсоединена к опре­деленному контактору, уста­навливаемому.рядом с сек­цией, а катушки контакторов подключаются к. каналу уп­равления. Таким образом, по цепям управления протекают лишь токи, потребляемые ка­тушками контакторов. Однако при большой протяженности цепей управления одновремен­ное включение многих контак­торов становится затрудни­тельным из-за значительного падения напряжения в цепях управления. В этом случае применяют каскадную схему централизованного управле­ния, осуществляющую после­довательное включение секций осветительной сети.

В качестве примера рас­смотрим схему каскадного включения контакторов (рис. 19.15). Каждая секция осветительной сети имеет свой пункт силового электропитания 1ЙП, 2ПП и т.д., на которых также установлена коммутационная аппара­тура управления. Если переключатели 1ИУ, 2ИУ и т. д. (изби­ратели управления) установлены в положение П и на пункте управления ПУ замкнут выключатель 1, то образуется электри­ческая цепь 1П2 (предохранитель), В (выключатель), 1СД 2 (со­противление добавочное), контакт 2 переключателя 1ИУ, 1ЛК (катушка линейного контактора), контакт 4 переключателя 1ИУ. Контактор 1ЛК сработает и своими силовыми контактами вклю­чит освещение своей зоны. При этом по аналогичной цепи полу­чит питание катушка контактора 2ЛК второго силового пункта питания 2ПП, который включит освещение своей зоны и подаст напряжение в цепь управления третьим контактором, и т. д.

Для управления освещением при необходимости с силового пункта питания избиратели управления ИУ устанавливают в положение 1. При этом создается цепь питания катушки контактора, например, 1ЛК - предохранитель 1П, добавочное сопротивление 1СД 1 контакт 1 и контакт ЗИУ. В результате произойдет срабаты­вание контактора 1ЛК и всех последующих, если их ИУ остались в положении П. Следовательно, с любого силового пункта питания можно осуществить управление всеми зонами.

Дополнительные сопротивления СД служат для подбора рабоче­го напряжения катушек контакторов. К недостатку каскадной схе­мы включения следует отнести нарушение всей цепи управления освещением при аварии на одном из силовых питательных пунк­тов.

Один из наиболее актуальных вопросов, который волнует как собственников зданий, так и владельцев производственных мощностей различного масштаба, связан с энергоэффективностью.
В среднем, в стандартном офисном здании на освещение расходуется до 30% всей потребляемой офисом электроэнергии.
Существующие российские и европейские законодательные акты предъявляют повышенные требования к энергоэффективности как всего здания, так и к энергоэффективности осветительного оборудования.
Современные автоматизированные системы управления освещением (АСУО) позволяют сделать офисное пространство не только энергоэффективным, но и комфортным благодаря возможности управления каждым отдельным световым прибором по цифровому протоколу DALI (Digital Addressable Lighting Interface).
Сегодня организация энергоэффективного освещения не требует значительных материальных и ресурсных затрат. Облачные системы управления освещением могут быть настроены удаленно посредством сети Интернет. Также удаленно могут обеспечиваться мониторинг и диспетчеризация всей системы управления освещением.
Компания «Световые Технологии» является ведущим разработчиком и производителем автоматизированных систем управления освещением. Внедрение АСУО позволяет добиться рационального использования энергоресурсов, гибкого управления осветительными приборами, организовать продуманные группы и зоны управления под каждое конкретное пространство, а также существенно снизить затраты на электроэнергию.

Основные задачи автоматизированных систем управления освещением

АСУО призваны решать ряд задач, связанных с организацией энергоэффективного освещения в здании. Они не только позволяют включать и выключать освещение согласно установкам по времени, но и реализовать алгоритм Daylight, при котором нормируемый уровень освещенности в помещении поддерживается постоянно, и если датчики освещенности зафиксируют достаточное количество дневного света, то система управления в автоматическом режиме снизит яркость светильников, тем самым экономя электроэнергию.
Помимо управления по времени и использования датчиков освещенности, в рамках системы управления освещением часто применяются датчики движения. Применение датчиков движения позволяет использовать освещение только тогда, когда люди находятся в помещении. При отсутствии людей в помещении система управления освещением в автоматическом режиме снизит яркость светильников до минимума или выключит их, тем самым экономя электроэнергию.

Что представляет собой автоматизированная система управления освещением

По сути АСУО представляют собой программно-аппаратный комплекс, включающий в себя как модули управления светильниками и различным оборудованием, так и программное обеспечение, позволяющее осуществлять настройку, мониторинг и диспетчеризацию всей системы в целом. Основным протоколом управления освещением в офисных и административных зданиях является международный стандарт DALI (Digital Addressable Lighting Interface).

Особенности протокола управления освещением DALI

Разработанный в 2000 году исключительно для использования в осветительных комплексах цифровой адресуемый протокол управления освещением DALI (Digital Addressable Lighting Interface) стал своего рода заменой аналогового протокола 1-10 В и эволюционным шагом развития безадресного цифрового протокола DSI (Digital Serial Interface).
Протокол DALI основан на европейском стандарте IEC 62386.

Коммутация между контроллерами DALI и DALI-устройствами осуществляется по двухпроводной линии. Сигнал DALI передается в обоих направлениях, обеспечивая тем самым не только управления осветительным оборудованием, но и получение обратной связи от DALI-устройств, что необходимо для обеспечения диспетчеризации установки.

Стоит отметить, что комплексные системы, построенные на базе цифрового адресуемого протокола управления освещением DALI, децентрализованы. Это значительно повышает надежность системы в целом, так как при выходе из строя отдельного элемента системы, все остальные модули продолжат работать в штатном режиме.
Отличительной особенностью DALI-устройств является наличие интегрированной энергонезависимой памяти, обеспечивающей возможность хранения различной информации, в частности: сценарии работы, адрес устройства в системе, данные о работе устройства и подключенных к нему модулей и т.п.
В системах DALI широко применяются так называемые световые сценарии. Использование световых сцен позволяет одним действием (нажатием на клавишу, панель управления, сигнал датчика и т.п.) изменять уровень яркости сразу нескольких светильников или нескольких групп светильников. Это позволяет одним касанием создать необходимую комфортную атмосферу в помещении, не прибегая к сложным настройкам и программированию, то есть пользователь получает простой и интуитивно понятный интерфейс для управления освещением.

Инфраструктура любого жилого, промышленного или административного объекта предполагает наличие наружного освещения. Система должна работать безопасно и бесперебойно. На выполнение этой задачи нацелено управление наружным освещением.

Функции уличного освещения

Вне зависимости от масштаба объекта - будь это придомовая территория или автомагистраль - его нужно освещать в темное время суток. Свет нужен для безопасного передвижения жильцов дома, обеспечения движения автотранспорта, декоративной подсветки зданий или их отдельных элементов, освещения рекламы на билбордах и т. д.

Что касается частного жилья, помимо освещения подъезда к дому, подсветка выполняет следующие функции:

• общее освещение территории (важно с точки зрения безопасности);
• освещение ступенек в дом;
• подсветка пешеходных дорожек;
• освещение локальных участков (например, возле беседки);
• декоративная подсветка архитектурных и ландшафтных особенностей участка.

Особенно стоит отметить защитную роль уличного освещения. Благодаря хорошей видимости появляется возможность визуального контроля за территорией (в том числе техническими средствами). Яркий свет отпугивает людей с плохими намерениями. В освещенном дворе любой объект заметен: не каждый злоумышленник решится на несанкционированное проникновение.

Методы управления уличным освещением

На практике используется три способа управления светом: ручное, дистанционное и автоматическое.

Ручное управление

Включение и выключение уличных светильников осуществляется в ручном режиме. Каждый источник света или их группа управляется оператором непосредственно на месте.

Этот способ самый древний. Издавна фонарщики подходили к каждому фонарю (газовому или масляному) и зажигали столб, а позднее - гасили. Даже сегодня во дворах частных домов используется ручное управление наружным светом. Однако в коммунальных службах управлять светом в ручном режиме невозможно из-за масштабов работы, поэтому такой способ используется только в экстренных случаях (например, при выполнении ремонта).

Удаленный контроль

С течением времени технологии развивались - вместо фонарщиков управлять освещением стали служащие энергораспределительных сетей. Делали работники служб это дистанционно, включая или выключая рубильник. В результате действий напряжение подается в сеть или, наоборот, прекращается.

Автоматическое управление

Управление с помощью автоматики - наиболее продвинутый способ управления светом. Включение и выключение света осуществляется за счет использования датчиков, действующих по определенному алгоритму. В результате система освещения работает без непосредственного участия человека.

Переход на автоматическое управление вызван изменением технологического процесса. Напряжение к потребителям поступает при участии локально расположенных трансформаторных станций. На этих объектах происходит преобразование высоковольтного напряжения в напряжение нужной величины.

Существует два обстоятельства, диктующих переход на автоматическое управление:

1. Чаще всего строить отдельные подстанции для уличного освещения экономические невыгодно. Нынешние трансформаторы преобразуют напряжение для всех потребителей электричества на заданной территории.
2. Для централизованного контроля за включением и отключением светильников понадобилось бы подтягивать к каждой подстанции отдельный кабель, что только повысит и без того большие расходы.

В связи с этим начался массовый переход на автоматические системы. В самом начале развития технологии принцип управления был прост: на подстанциях монтировались приборы, контактирующие с датчиками освещенности.

Со временем стали видны изъяны такого подхода:

• некорректное срабатывание при неверной калибровке;
• фонари часто гасли в темное время из-за света фар от проезжающих машин или даже от лунного света;
• если датчик покрывался снегом, грязью или льдом, происходило ложное срабатывание светильника;
• датчики нередко выходили из строя.

Еще один недостаток датчиков освещенности - линейность технологии. Свет не обязательно нужен даже в темное время суток, если на территории отсутствуют движущиеся объекты.

Чтобы как-то оптимизировать технологию, датчики стали объединять с временными реле. В результате таймер включал и выключал светильники в определенное время. Например, освещение работало с 10 часов вечера до четырех часов утра.

Позднее появились астрономические реле. В таких устройствах программа по определенному алгоритму рассчитывает время заката и рассвета. На основании расчета происходит управление освещением.

Датчики освещенности по-прежнему используются. Приборы актуальны для управления светом при неожиданном снижении естественной освещенности (например, туман).

На сегодняшний день наиболее популярны автоматические системы на основе цифровых технологий, где сочетаются автоматика и ручное управление.

Устройство автоматической системы

Аппаратная часть оборудования состоит из таких уровней:

1. Верхний уровень представляет собой панель диспетчерского пункта. Управляется диспетчером. На панель приходит информация с нижестоящих систем. На верхнем уровне производится коррекция параметров программы или предпринимаются иные управленческие действия.
2. К нижнему уровню относится электрощит, расположенный на участке освещения. Щиты предназначены для коммутации работы светильников и контролируют их функционирование без участия человека.

Процесс управления осуществляется с участием зонального контроллера или серверного оборудования. Контроллер служит для образования сигнала на подключение группы уличных светильников.

Существует несколько способов коммутации между верхними и нижними уровнями:

1. Модемный канал. Связь выполняется по телефонной линии. Это самый финансово доступный способ коммутации. Прокладка выделенной линии - достаточно затратное мероприятие.
2. GSM-канал. Уличным освещением можно управлять при помощи системы глобального позиционирования или устройства, позволяющего точно определять время восхода и заката. Контроллер включается за 20 минут до заката и отключается за 15 минут до рассвета. Оборудование стоит недорого, однако сама связь будет стоить немалых денег.
3. LAN-канал. Способ связи, где блок управления и диспетчерский пункт контактируют через витую пару. Связь бесплатна, однако придется прокладывать кабель к каждому шкафу. Технология актуальна только при близком расположении оборудования разных уровней.
4. Радиоканал. Оборудование стоит дорого, связь бесплатна. Недостаток - неустойчивость к помехам.

Возможности автоматики

Автоматизированная система управления наружным светом позволяет решать целый ряд задач. Условно их можно разделить на две группы - управленческие функции и контрольные.

Функции управления:

1. Включение и выключение светильников.
2. Программирование работы приборов по времени или реакции датчиков.
3. Фазовые переключения на электролиниях.
4. Принудительная перезагрузка микропроцессоров в шкафе управления.

Функции контроля:

1. Проверка состояния линий подключения.
2. Контроль линий ввода.
3. Контроль работы контакторов и выходных автоматов-выключателей.
4. Наблюдение за приборами учета расхода электричества.
5. Мониторинг несанкционированного доступа в шкаф.
6. Проверка состояния линии.
7. Изучение неисправностей системы.
8. Слежение за наличием возгораний.

Системы управления уличным светом оснащаются встроенными источниками электропитания. Если отключается напряжение, система может работать еще не меньше часа. Во многих системах предусмотрена не только передача данных об изменениях параметров, но и дублированное сохранение информации.

Шкаф управления

Шкаф управления наружным освещением (ШУНО) - центральное звено системы, где сосредоточены все схемы, распределяющие нагрузки и контролирующие процесс освещения. Через шкаф осуществляется защита фотореле от замыкания и перепадов напряжения.

На схеме показана работа ящика управления, где 1 - электросчетчик, 2 - замок, 3 - защитный барьер, 4 - шкаф.

Главная задача шкафа - контроль за срабатыванием реле исходя из времени суток, управление с помощью пульта и регулировка яркости свечения после подключения реле.

Шкафы функционируют в таких управленческих режимах:

1. Местное управление (обычный таймер, астротаймер или иное определяющее устройство).
2. Каскадная система управления напряжением 220 В/50 Гц. Управление осуществляется по особому сигнальному проводнику от другого шкафа или пульта.
3. Местное управление.

Подбор режимов производится при участии имеющихся органов управления. В шкафах есть раздельный контроль ночного освещения (три однофазных линии) и дополнительное ночное освещение (три однофазных линии в электрощитах на 100 А и шесть в щитах на 250 А). Шкафы оснащаются внутренней подсветкой при помощи лампочки накаливания на 40 – 60 Вт.

Если позволяют финансовые возможности проложить кабель к каждому уличному светильнику с реле, один из шкафов размещают внутри здания, а второй - на въезде в участок. Однако щиты будут работать одновременно, в результате чего каждый блок станет потреблять электроэнергию как полноценный кабельный канал.

Рекомендуется такая схема: первый шкаф размещают у ворот, подключив к его контроллеру светильники с датчиками движения и фотореле. Второй шкаф устанавливается внутри дома. С него будет осуществляться дистанционный контроль (с помощью пульта).

Оптимальной будет следующая система: первый шкаф устанавливают у ворот, и подключают на его контроллер фонари с датчиками движения с фотореле, стоящие вдоль дорожки. Второй шкаф ставится непосредственно внутри помещения - отсюда будет вестись дистанционное управление. Схема простая: к каналу, который идет в блок контроля, подключены определенные светильники, а с пульта подается сигнал. Щит позволяет передавать команды для автоматического отключения тока по периметру участка.

Системы управления

Светильники с газоразрядными лампочками управляются традиционным образом. Для этого применяются балласт и балластное сопротивление. Технология основана на установлении предела мощности светотехнического оборудования. Ограничение - номинал.

Магнитный или индукционный балласт

Магнитные балласты (индукционные) работают по следующему принципу: ток выступает в качестве разжигающего элемента для газоразрядной лампочки. Индукционный балласт необходим для ограничения мощности источника света за счет сопротивления индуктивности.

Минус магнитных балластов: смещение фазы между напряжением и электрическим током, из-за чего меняется световой поток.

Для запуска реакции иногда используется так называемое импульсное зажигающее устройство. На картинке внизу показана схема с использованием ИЗУ.

Электронный балласт

Низкочастотные или высокочастотные электронные балласты квалифицируются как традиционный тип управления. В них отсутствует стартер. Благодаря электронному балласту улучшается эффективность светильника, так как уменьшается вес прибора и снижается расход электричества. Такие устройства отличаются низкой шумностью. Минус электронных балластов - искаженность гармоник, что ухудшает качество радиоволн. На рисунке внизу показана схема подключения электромагнитного ПРА.

За счет использования электронных балластов удается достичь качественного розжига лампочки и поддержания заданного уровня напряжения. Устройство обычно оснащается средствами дистанционного управления.

Недостаток электронных балластов в том, что лампы и фотоэлементы подвержены загрязнению, из-за чего отзывчивость устройства снижается. Возможны сложности с калибровкой датчика.

Расход электроэнергии на цели освещения может быть заметно снижен достижением оптимальной работы осветительной установки в каждый момент времени.

Добиться наиболее полного и точного учета наличия дневного света, равно как и учета присутствия людей в помещении, можно, применяя средства автоматического управления освещением (СУО) . Управление осветительной нагрузкой осуществляется при этом двумя основными способами: отключением всех или части светильников (дискретное управление) и плавным изменением мощности светильников (одинаковым для всех или индивидуальным).

К системам дискретного управления освещением в первую очередь относятся различные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры. Принцип действия первых основан на включении и отключении нагрузки по сигналам датчика наружной естественной освещенности .

Вторые осуществляют коммутацию осветительной нагрузки в зависимости от времени суток по предварительно заложенной программе.

К системам дискретного управления освещением относятся так­же автоматы, оснащенные датчиками присутствия . Они отключают светильники в помещении спустя заданный промежуток времени после того, как из него удаляется последний человек. Это наиболее экономичный вид систем дискретного управления, однако к побочным эффектам их использования относится возможное сокра­щение срока службы ламп за счет частых включений и выключений.

Системы плавного регулирования мощности освещения по своему устройству несколько сложнее. Принцип их действия поясняет рисунок.

В последнее время многими зарубежными фирмами освоено производство оборудования для автоматизации управления внутренним освещением. Современные системы управления освещением сочетают в себе значительные возможности с максимальным удобством для пользователей.

Автоматизированные системы управления освещением , предназначенные для использования в общественных зданиях, выполняют следующие типичные для этого вида изделий функции:

Точное поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне . Достигается это введением в систему управления освещением фотоэлемента, находящегося внутри помещения и контролирующего создаваемую осветительной установкой освещенность. Уже только одна эта функция позволяет экономить энергию за счет отсечки так называемого "излишка освещенности".

Учет естественной освещенности в помещениии . Несмотря на наличие в в подавляющем большинстве помещений естественного освещения в светлое время суток, мощность осветительной установки рассчитывается без его учета.

Если поддерживать освещенность, создаваемую совместно осветительной установкой и естественным освещением, на заданном уровне, то можно еще сильнее снизить мощность осветительной установки в каждый момент времени.

В определенное время года и часы суток возможно даже использование одного естественного освещения. Эта функция может осуществляться тем же фотоэлементом, что и в предыдущем случае, при условии, что он отслеживает полную (естественную + искусственную) освещенность. При этом экономия энергии может составлять 20 - 40%.

Учет времени суток и дня недели. Дополнительная экономия энергии в освещении может быть достигнута отключением осветительной установки в определенные часы суток, а также в выходные и праздничные дни. Эта мера позволяет эффективно бороться с забывчивостью людей, не отключающих освещение на рабочих местах перед своим уходом. Для ее реализации автоматизированная система управления освещением должна быть оборудована собственными часами реального времени.

Учет присутствия людей в помещении. При оборудовании системы управления освещением датчиком присутствия можно включать и отключать светильники в зависимости от того, есть ли люди в данном помещении. Эта функция позволяет расходовать энергию наиболее оптимально, однако ее применение оправдано далеко не во всех помещениях. В отдельных случаях она может даже сокращать срок службы осветительного оборудования и производить неприятное впечатление при работе.

Получаемая за счет отключения светильников по сигналам таймера и датчиков присутствия экономия электроэнергии составляет 10 - 25 %.

Дистанционное беспроводное управление осветительной установкой . Хотя такая функция не является автоматизированной, она часто присутствует в автоматизированных системах управления освещением благодаря тому, что ее реализация на базе электроники системы управления освещением очень проста, а сама функция добавляет значительное удобство в управлении осветительной установкой.

Методами непосредственного управления осветительной установкой является дискретное включение/отключение всех или части светильников по командам управляющих сигналов, а также ступенчатое или плавное снижение мощности освещения в зависимости от этих же сигналов.

Ввиду того, что современные регулируемые электронные ПРА имеют ненулевой нижний порог регулирования, в современных автоматизированных системах управления освещением применяется комбинация плавного регулирования вплоть до нижнего порога с полным отключением ламп в светильниках при его достижении.

Системы автоматического управления освещением, условно можно разделить на два основных класса - так называемые локальные и централизованные .

Для локальных систем характерно управление только одной группой светильников, в то время как централизованные системы допускают подключение практически бесконечного числа раздельно управляемых групп светильников.

В свою очередь, по охватываемой сфере управления локальные системы могут быть подразделены на "системы управлении светильниками" и "системы управления освещением помещений" , а централизованные - на специализированные (только для управления освещением) и общего назначения (для управления всеми инженерными системами здания - отоплением, кондиционированием, пожарной и охранной сигнализацией и т.д.).

Локальные "системы управления светильниками" в большинстве случаев не требуют дополнительной проводки, а ино­гда даже сокращают необходимость в прокладке проводов. Конструктивна они выполняются в малогабаритных корпусах, закрепляемых непосредственно на светильнике или на колбе одной из ламп. Все датчики, как правило, составляют один электронный прибор, в свою очередь, встроенный в корпус самой системы.

Часто светильники, оборудованные датчиками, обмениваются между собой информацией по проходам электрической сети. За счет этого даже в случае, если в здании остался единственный человек, находящиеся на его пути светильники останутся включенными.

Централизованные системы управления освещением

Централизованные системы управления освещением, наиболее полно отвечающие названию "интеллектуальных", строятся на основе микропроцессоров, обеспечивающих возможность практически одновременного многовариантного управления значительным (до нескольких сотен) числом светильников. Такие системы могут применяться либо только для управления освещением, либо также и для взаимодействия с другими системами зданий (например, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления и солнцезащитных ограждений).

Централизованные системы выдают также управляющие сигналы на светильники по сигналам ло­кальных датчиков. Однако преобразование сигналов происходит в едином (центральном) узле, что предоставляет дополнительные возможности вручную управлять освещением здания. Одновременно существенно упрощается ручное изменение алгоритма работы системы.

При системах централизованного дистанционного или автоматического управления освещением питание цепей управления разрешается от линии, питающей освещение.

Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения, управление рабочим освещением должно обеспечивать включение и отключение светильников группами или рядами по мере изменения естественной освещенности помещений.

Существующий ассортимент автоматизированных систем управления освещением (СУО) делится на три класса:

1) СУО светильника - простейшая малогабаритная система, конструктивно являющаяся частью светильника и управляющая только либо одной группой нескольких близлежащих светильников.

2) - самостоятельная система, управляющая одной или несколькими группами светильников в одном или нескольких помещениях.

3) СУО здания - централизованная компьютеризованная система управления, охватывающая освещение и другие системы целого здания или группы зданий.

Большинство компаний-производителей систем управления освещением (СУО) светильников изготовляют эти системы в виде отдельных блоков, которые могут быть встроены в светильники различных типов.

Безусловным преимуществом СУО светильников является простота их монтажа и эксплуатации, а также надежность. Особенно надежны СУО, не требующие электропитания, так как выходу из строя наиболее подвержены блоки питания СУО и энергопотребляющие микросхемы.

Однако если требуется управлять осветительными установками крупных помещений или, например, стоит задача индивидуального управления всеми светильниками в помещении, СУО светильников оказываются достаточно дорогим средством управления, так как требуют установки одной СУО на один светильник. В этом случае удобнее использовать , которые содержат меньше электронных компонентов, чем требуется в предыдущем случае, и поэтому более дешевы.

представляют собой блоки, размещаемые за подвесными потолками или конструктивно встраиваемые в электрические распределительные щиты. Системы этого типа, как правило, осуществляют одну функцию или фиксированный набор функций, выбор между которыми производится перестановкой переключателей на корпусе или выносном пульте управления системы.

Подобные СУО относительно просты в изготовлении и обычно построены на дискретных логических микросхемах. Датчики СУО помещений всегда являются выносными, они должны быть размещены в помещении с управляемыми осветительными установками и к ним необходима специальная проводка, что представляет собой определенное практическое неудобство.