СТРОИМ УМНЫЙ ДОМ

Часть 4. Управление освещением.

 

 

У нас есть реальный объект, для которого необходимо реализовать совершенно естественные задачи, а именно:

Ø   оптимальное и экономное использование электрической и тепловой энергии, горячей и холодной воды;

Ø   обеспечить комфортные и безопасные условия работы людей.

Оставим в стороне технические детали и параметры инженерных систем для данного офиса и сосредоточимся на особенностях применения технологии EIB.

Пусть в нашем офисе используются следующие инженерные системы (в последующих статьях мы рассмотрим различные их варианты с точки зрения эффективности управления):

-         освещение: светильники с люминесцентными лампами установлены в помещениях 1, 4 и 6; галогенные источники света - в 2, 3, 5, 7, 8; прилегающая территория (9, 10, 11) освещается - лампами;

-         отопление - внешнее централизованное;

-         вентиляция и кондиционирование воздуха - локальное с применением вентиляторных конвекторов (фанкойлов);

-         жалюзи, ролеты и электромеханические ворота;

-         водоснабжение - внешнее;

-         пожарно-охранная сигнализация.     

Жизнь офиса

Рабочий день начинается в 9-00 и заканчивается в 18-00. Уборщица приходит в 8-00 и одного часа ей достаточно, чтобы завершить уборку рабочих помещений. Люди могут задержаться, но до 19-30 им необходимо покинуть офис, так как он принудительно ставится на охрану (руководство компании считает, что рабочего времени вполне достаточно и не желает конфликтовать с профсоюзами). Периодически в офисе устраиваются вечеринки и люди могут задержаться до 22-00. С наступлением сумерек фасад офиса 10 должен освещаться, а освещение дворика 9 включается вручную. Зона ворот и прилегающая к ним часть двора с местами для нескольких автомашин должна быть освещена в темное время суток постоянно. Здание ориентировано фасадом на восток и близстоящие здания и деревья не препятствуют солнечным лучам попадать в помещения.

Зная это, можно определить в общих чертах следующие состояния, в которых может находиться офис:

Ø   "пассивное" - освещение выключено, температура в помещениях понижена, система безопасности включена, водоснабжение перекрыто;

Ø   "уборка" - вентиляция работает интенсивнее;

Ø   "рабочий режим" - системы работают на производственный процесс;

Ø   "вечеринка" - определенные режимы работы инженерных систем.

Далее нам необходимо определить, чем следует управлять, какими техническими средствами реализовать управление, и по каким алгоритмам. Здесь проектировщика подстерегает ряд проблем. Во-первых, управление сооружением или его частью отличается от управления технологическими процессами тем, что оно не является основной производственной задачей для большинства людей в нем находящихся. Поэтому взаимодействие с инженерными системами сооружения должно реализовываться интуитивно понятным способом, чтобы не отвлекать людей от их служебных обязанностей. Во-вторых, нет четких критериев для объединения объектов управления в группы. Здесь состязаются друг с другом экономическая целесообразность, безопасность, эстетика и просто ничем не мотивированные индивидуальные пожелания сейчас или в будущем. Это рождает большое количество вариантов оборудования и алгоритмов его работы.  В-третьих, следует учитывать, что люди могут забыть выключить оборудование, не закрыть дверь, оставить открытым водопроводный кран и т.п. И, наконец, ввиду того, что сразу не возможно все учесть и предусмотреть, необходимо заложить средства мониторинга, анализа и подстройки параметров системы управления.

Управление освещением

Помня о задачах, которые мы поставили перед "умной" инсталляцией, разобьем осветительную нагрузку для отдельного управления, например, на такие группы:

Ø   прилегающая территория - три отдельные группы, соответствующие зонам 9, 10 и 11;

Ø   отдельные группы соответственно помещениям 1, 2, 3, 5;

Ø   для помещения 4 имеет смысл выделить группу, освещающую проход, и группу (ее можно разбить на 3 подгруппы - для каждого рабочего места), освещающую рабочие места;

Ø   помещение 6 освещается двумя группами (рядами) светильником параллельно линии окон;

Ø   в кабинете отдельно освещается рабочий стол руководителя (когда он сам в кабинете) и зона для проведения совещаний;

Ø   комната отдыха 8 освещается двумя группами светильников - потолочными и настенными.

Управление освещением обычно осуществляется двумя способами: включить/выключить и плавно/ступенчато изменять яркость в пределах от 0 для 100% осветительной нагрузки. Плавную регулировку освещения имеет смысл реализовать для группы, освещающей рабочее место руководителя в кабинете 7, и для групп в комнате отдыха 8. Ступенчатое регулирование уместно для освещения дворика 9 и зоны 11 (в темное время суток, например, уровень освещенности - 50%, зафиксировано движение в этой зоне - уровень меняется на 100%).

Команды управления освещением для нашего офиса могут формироваться также несколькими способами:

Ø   в зависимости от наружной и внутренней освещенности - для этого необходимы соответствующие датчики;

Ø   автоматически при изменении состояний объекта и запуске различных сценариев;

Ø   прямое управление человеком посредством дистанционного ИК-пульта, клавиши/кнопки, голосовой команды и т.п.

Типовые сценарии работы освещения могут выглядеть следующим образом:

Ø   в соответствии с постоянно измеряемыми значениями освещенности (сумерки, облачность) в помещениях 4 и 6 включаются группы светильников "у стены" и "у окна", обеспечивая при этом соблюдение норм освещенности рабочих мест и экономию электроэнергии;

Ø   освещение фасада и площадки для машин также зависит от наружной освещенности;

Ø   освещение в помещениях 2, 3, 5 зависит от факта присутствия в них людей;

Ø   в состоянии "уборка" освещение во всех помещениях зависит от факта присутствия человека в них;

Ø   освещение в офисе выключается полностью при переходе в состояние "пассивное", когда все ходят домой;

Ø   управление освещением кабинета 7 осуществляется с помощью ИК пульта и настенного выключателя у входа в кабинет со стороны помещения 4; 

Ø   управление освещением фасада 10 и двора 11 может осуществляться с рабочего места в помещении 1;

Ø   управление освещением комнаты отдыха 8 и дворика 9 осуществляется посредством ИК пульта и настенного выключателя в комнате 8.

EIB-решение

Ограничимся пока в нашем решении одной линией. Для нее нам нужны:

Ø   источник питания - это специальный источник питания (29 вольт постоянного тока) с интегрированным дросселем, который обеспечивает защиту от коротких замыканий на шине (ток короткого замыкания - до 1.5 А). Он имеет номинальный ток нагрузки 640 мА и способен обеспечивать работу до 64 EIB устройств. Источник питания монтируется в распределительном шкафу на DIN-рейку. Перед его установкой в углубление рейки монтируется специальная печатная плата с четырьмя токопроводящими дорожками. Эта плата исполняет роль шины, к которой подключаются EIB устройства своими четырьмя подпружиненными выступающими контактами на задней стенке. Платы объединяются между собой с помощью EIB провода YCYM 2x2x0.8 и модулей шинного подключения.

Ø   устройство связи с компьютером по интерфейсу RS-232 для возможности конфигурировать и сопровождать систему управления. Это устройство аналогичным образом монтируется на DIN-рейку в распределительном шкафу.

Ø  
модули бинарного выхода для коммутации электрических цепей. Эти модули существует в различных вариантах для монтажа: в распределительном шкафу, по месту установки электрооборудования, в стене в стандартной коробке для выключателя. Кроме того, они могут коммутировать нагрузку до 3200 Вт, обеспечивая при этом управление любыми источниками света (лампы накаливания, галогенные, люминесцентные лампы) с возможностью выполнения логических операций над своими входами и реализацией временных задержек (см. рис. 1). На рынке присутствуют модификации модулей, имеющих от одного до 8 независимых каналов коммутации;

Ø   модули регулирования освещения (диммеры) - позволяют ступенчато/плавно регулировать яркость любого источника света. Как правило, они делятся на модули регулирования яркости ламп накаливания и галогенных ламп (до 500 Вт на одном канале) и модули управления люминесцентным освещением, для которого требуются электронные балласты с дополнительным управляющим входом 0..10 вольт постоянного тока (например, серия OSRAM QUICKTRONIC DIMMABLE). Диммеры обеспечивают достаточно широкие возможности: задание начальных и конечных значений освещенности, скорости изменения освещенности, установку определенных пользователем значений яркости  и другие.  

Ø   устройства ввода команд типа "клавишный переключатель" заменяют собой настенные клавишные выключатели. Модельный ряд таких устройств (от 1 до 4 клавиш) очень большой за счет вариантов художественного оформления (см. рис. 2) и объединения с другими функциями, например интеграция с настраиваемыми датчиками движения и освещенности (см. рис. 3 -  датчики вмонтированы в нижнюю часть устройства), с регулятором комнатной температуры, с ИК приемником и излучателем и т.п.

Ø   модули бинарного ввода обеспечивают ввод в систему сигналов от магнитных контактов, традиционных датчиков движения, освещенности, клавишных выключателе (см. рис. 4) и других источников сигналов типа "открыто/закрыто", "замкнуто/разомкнуто", "есть/нет" и т.п. Такие модули имеют от 1 до 6 независимых каналов и работают с сигналами постоянного и переменного тока в диапазоне от 0 до 36 вольт и переменного тока от 0 до 265 вольт;

Ø   датчики освещенности обеспечивают измерение внутренней и наружной освещенности в диапазоне (0…60000 люкс). Выпускаются в различном исполнении для установки в подвесном потолке, в составе устройств ввода типа "клавишный переключатель", в составе погодных станций и др. Есть модели, которые могут работать по нескольким программам, например, контроль за выходом за определенный диапазон яркости, измерение текущей яркости и отправка соответствующих значений устройству плавного регулирования освещения. 

Ø   датчики движения обеспечивают фиксацию перемещений людей в контролируемых зонах радиусом до 12 метров. Также имеют много вариантов исполнения как в плане крепления и установки (стена, потолок, поверхность) так и по геометрии контролируемой зоны.        

Для упрощения понимания будем применять одно устройство для одной функции. На рис. 5 показана структура EIB-инсталляции для управления освещением. Зеленым цветом указаны физические адреса устройств.

Чтобы заставить работать систему как мы того хотим, необходимо создать группы, объединяющие по функциональному признаку коммуникационные объекты (см. «Электропанорама № 1, 2001) датчиков и исполнительных механизмов.

Для начала создадим группу «Центральное включение/выключение». Очевидно, что в нее должны войти: канал, соответствующей выбранной нами клавише (например, на модуле с физическим номером 1.1.4), и все каналы на модулях бинарного выхода и плавного регулирования. Другая группа, например, «Плавное регулирование освещения кабинета» будет включать такие коммуникационные объекты: канал, соответствующий выбранной кнопке на ИК-пульте (задается в ИК-декодере 1.1.13), диммер 1.1.12 и канал, соответствующей выбранной нами клавише на модуле 1.1.11. Аналогичным образом формируются остальные группы.

Освещение помещений 2, 3 и 5 включается и выключается по сигналам датчика движения. Но возникают ситуации, когда необходимо обеспечить непрерывное освещение этих помещений на время, превышающее установленную задержку, например, при выполнении сантехнических работ. Для этого соответствующий канал модуля бинарного выхода 1.1.7 настраивается на выполнение логической операции ИЛИ (OR) (см. рис. 1). При этом создается одна группа, включающая датчик движения и объект “вкл./выкл.”, и другая группа, объединяющая канал, соответствующий клавише на модуле 1.1.4, и объект “логическая операция”. При таком решении состояние бинарного выхода не зависит от срабатываний датчика движения при включенном вручную логическом канале. Вот тут бы не забыть выключить свет после выполнения работ.

Я надеюсь, что у вас уже возникли вопросы типа «а почему так?», «а зачем здесь это?» или подобные им. И если это так, то вы на правильном пути – ведь умение посмотреть на разработанное решение со стороны, глазами эксперта и потребителя является залогом успеха дела, которым вы занимаетесь. А ответы на свои вопросы вы, возможно, получите из последующих публикаций. В противном случае, направляете их в адрес редакции журнала «Электропанорама».

 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

1.      Материалы учебного курса «Siemens instabus EIB Compact Course».

2.      Техническое описание "Building Management Systems with Siemens instabus EIB. Technical Manual 2000".

                                  

Рис.2                                       Рис.3                                                   Рис.4