Материал: Разработка автоматизированной системы управления освещением для административного здания

для питания светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно;

высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора, при его наличии пульсации малы;

дешёвые массовые LED имеют светоотдачу 60-100 лм/Вт;

спектр отличается от солнечного.

2.2 Различные варианты построения систем управления освещением

С точки зрения организации энергосберегающей системы освещения, категории зданий можно условно разделить на три категории [7-10]:

- многоквартирные жилые дома,

офисные, производственные и торговые здания,

частные жилые дома (коттеджи).

Для каждой из этих категорий можно разработать типовую схема построения системы энергосберегающего светодиодного освещения, организованную из устройств предложенного комплекса, что позволяет достичь необходимых параметров освещения и энергоэффективности с минимальными затратами по стоимости оборудования и монтажных работ.

Базовым элементом системы энергосберегающего светодиодного освещения служат светодиодные светильники, управляемые по проводным или беспроводным линиям связи при помощи управляющих программ и панелей локального управления, с использованием ретрансляторов или модемов сотовой связи, либо интернет.

Выводы по главе 2

Все более широкое применение находят системы автоматического управления включением, отключением светильников и автоматического регулирования освещенности, а также энергоэкономичные источники света. Зарубежный опыт свидетельствует, что автоматизация освещения позволяет снизить энергопотребление на 30-50%. В РФ налажено и развивается производство электронных и электромагнитных пускорегулирующих аппаратов для люминесцентных ламп, энергоэкономичных ламп и осветительной арматуры, устройств автоматического управления освещением: фотореле, приборов регулирования светового потока, инфракрасных датчиков [11-13].

С точки зрения организации энергосберегающей системы освещения, категории зданий можно условно разделить на три категории:

- многоквартирные жилые дома,

офисные, производственные и торговые здания,

частные жилые дома (коттеджи).

Глава 3. Построение системы управления освещением

3.1 Выбор структуры системы освещением

Системы освещения офисных и производственных зданий имеют ряд схожих основных характеристик, так как состоят из отдельных рабочих помещений, связанных коридорами, а также подсобных помещений, аналогичных помещениям общего пользования многоквартирных жилых домов.

Требованиями САН ПИН и ряда ГОСТов установлена необходимость обеспечения определенных уровней освещенности и ряда других характеристик качества освещения в рабочих зонах, являющихся местами постоянного присутствия людей.

Для выполнения требований нормативных документов система освещения должна обеспечивать поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне с учетом естественной освещенности.

Рисунок 4. Схема освещения здания с помещениями и коридорами

Система освещения здания формируется как сумма систем освещения помещений с передачей ряда функций управления общему серверу здания, имеющему, как правило, более высокий приоритет и используемому в качестве регулятора режимов управления и диспетчерским центром (сбор и хранение данных, составление и отображение отчетов) [14-16].

В помещениях постоянного пребывания людей (рабочие помещения) устанавливаются панели локального управления для регулирования светового потока групп интерфейсных светильников и управления включением и выключением управляемых и неуправляемых светильников с помощью блоков БУР-8.

В помещениях кратковременного присутствия людей устанавливаются светильники со встроенными датчиками освещенности и акустическими датчиками или светильники с внешними датчиками движения. Управление светильниками «по расписанию» осуществляется через БУР-8.

Помещение размером 10х9 метров освещается встраиваемыми светодиодными светильниками СВО-01/хх-2800/40. Светильники расположены в четыре ряда по четыре светильника в ряду и предназначены для общего освещения рабочих мест. В каждом ряду установлен ведущий светильник с управлением по радиоканалу и датчиком освещенности. Остальные светильники ряда - ведомые, управляются по яркости диммирующим напряжением ведущего светильника ряда. Такая схема позволяет снизить затраты за счет исключения микропроцессорного модуля из ведомых светильников, находящихся по естественному освещению в аналогичных с ведущим светильником условиях. Во входной зоне прохода установлен светильник без управления яркостью, выполняющий функцию дежурного \ аварийного освещения.

Управление включением сетевого напряжения светильников рабочих зон осуществляется блоком БУР-8.

Управляющим устройством системы служит панель локального управления, а также подключенный к ней сервер здания.

К системе подключен электросчетчик КАРАТ-101 для съема показаний и отключения нагрузки по команде или при аварийных параметрах сети и превышении лимитов.

3.2 Выбор элементов системы управления освещением

Основным базовым элементом комплекса средств являются управляемые светодиодные светильники [17-19].

В составе системы предусмотрены управляемые светодиодные светильники двух основных типов:

офисные встраиваемые или накладные типа «Армстронг» с потребляемой мощностью 30 - 40 Вт,

светильники для ЖКХ мощностью 6 - 15 Вт.

Светильники сертифицированы. Сертификат РОСС RU.АЯ60.В21360

№ 0021568 от 12.05.2011г.

3.2.1 Офисные светильники

Корпус пластмассовый - АВС пластик с повышенным температурным диапазоном. Состоит из квадратной рамы размеров 595х595 мм и высотой 65 мм. В нижнюю часть рамы устанавливается рассеиватель из высококачественного пропускающего свет органического стекла. Рассеиватель свободно лежит на приливах корпусных деталей. В верхней части рамы устанавливается металлическая панель (крышка), предназначенная для установки светодиодных линеек, модуля управления и блока питания светильника.

Светодиодные линейки - печатные платы со светодиодами, обеспечивающие равномерное распределение потоков света на рассеиватель.

Модуль управления выполняет функции управления свечением светодиодных линеек.

Рисунок 6. Образец светильника СВО- 01/43-2800/40 в сборе, включенный

Управляемые светодиодные светильники могут подключаться по беспроводным и проводным линиям связи к панелям локального управления или серверу. Кроме того, светильник может выступать в качестве ретранслятора команд и данных.

Светильники имеют возможность управления яркостью свечения светодиодных линеек в режимах работы - автономном и ручном.

В ручном режиме световой поток светодиодных линеек определяется командой системы управления или инфракрасного пульта ДУ. В автономном режиме модуль управления автоматически поддерживает уровень суммарной освещенности в рабочей зоне с учетом естественной (внешней) освещенности. Источником информации о внешней освещенности является фотоприемник, подключенный к модулю управления.

3.2.2 Блок управления БУР-8

Корпус пластмассовый. Состоит из основания размером 124х84 мм и высотой 43 мм и крышки (127х87 мм, высотой 14 мм)

Каналов управления (реле 220В, 5А) - 8 Потребляемая мощность от сети 220В - 5ВТ. Интерфейс связи RS485 / радиоканал.

Рисунок 7. Блок управления светильниками в сборе

Панель локального управления

Корпус пластмассовый. Размеры основания 95х95х50 мм. Размеры крышки 120х120х8 мм.

Декоративная крышка выполняет функции защиты от пыли и свободного доступа, обеспечивая степень зашиты IP20. На крышке монтируется встроенный блок клавиатуры. В крышке предусмотрено окно для жидкокристаллического индикатора, отображающего режимы работы и состояние блока.

Рисунок 8. Панель локального управления в сборе.

3.2.3 Устройство сбора и передачи данных УСПД-01

Рисунок 9. Устройство сбора и передачи данных УСПД-01

Назначение: устройство предназначено для дистанционного мониторинга потребления энергоресурсов, учёта, автоматизации технологических процессов и может использоваться как расходомер или счётчик количества с предоставлением возможности дистанционного съёма информации.

Устройство является вторичным преобразователем, реализует числоимпульсный канал измерения и в качестве первичных преобразователей использует или счётчики воды, или счётчики газа, или электросчётчики, имеющие импульсный (телеметрический) выход. Устройство преобразует импульсы соответственно в единицы расхода или воды, или газа, или электроэнергии.

Исполнение УСПД-01.4 используется в качестве ретранслятора преобразователя (радио-RS485) для обмена с радиомодемным батарейным устройством УСПД-02, выполняющим сбор данных со счётчиков воды, газа, с датчиков протечки воды, измерение температуры.

Устройство обеспечивает:

Измерение потребляемого объёма или воды, или газа, или электроэнергии нарастающим итогом;

Сохранение во встроенной энергонезависимой памяти потребления или воды, или газа, или электроэнергии с последующей возможностью вывода на переносной компьютер через локальную сеть по протоколу RS485.

Число подключаемых счетчиков - 1 или 2 Габаритные размеры, мм: 88х37х50.

3.2.4 Устройство сбора и передачи данных УСПД-02

Рисунок 10. Устройство сбора и передачи данных УСПД-02

Назначение: устройство предназначено для дистанционного мониторинга потребления энергоресурсов.

Устройство используется для эксплуатации в местах, где затруднен доступ к счётчикам воды, газа, электроэнергии, а также для удобства организации узла учёта воды, газа, тепла или электроэнергии с предоставлением возможности дистанционного съёма информации.

Устройство является вторичным преобразователем, реализует числоимпульсный канал измерения и в качестве первичных преобразователей использует или счётчики воды, или счётчики газа, или электросчётчики, имеющие импульсный (телеметрический) выход. Устройство преобразует импульсы в соответствующие единицы расхода.

Устройство обеспечивает:

Измерение потребляемого объёма или воды, или газа, или электроэнергии нарастающим итогом;

Сохранение во встроенной энергонезависимой памяти потребления или воды, или газа, или электроэнергии с последующей возможностью вывода на переносной компьютер через локальную сеть по радиомодему. Дальность связи до 20 метров.

Число входных каналов:

1 канал для измерения температуры внешнего объекта;

1 канал для измерения влажности (контроль протечки);

1 канал для подключения датчика охраны;

- 1канала (выбор перемычкой в каждом):

- или подключение счётчиков;

- или устройств сигнализации.

Габаритные размеры, мм:88х37х50

3.2.5 Сервер сбора и обработки энергоинформации зданий

Программный комплекс системы состоит из двух основных блоков:

«Конструктор» представляет собой визуальный инструмент формирования системы. Он позволяет с помощью клавиатуры и мыши создать план здания, добавить этажи, комнаты, устройства, настроить линии связи между устройствами. Информация отображается на экране в виде плана здания с нанесенными на нем этажами, комнатами и устройствами. Для удобства навигации можно использовать общий план, мини-карту (в правом верхнем углу, на ней отображается весь план в минимальном масштабе), поля ручного выбора этажей, комнат и устройств [19].

Также режим «Конструктор» позволяет формировать расписание системы, задавать режимы работы и программировать подключенные устройства. Режим защищается паролем или бесконтактной картой пользователя.

«Управление» позволяет оперативно отображать на экране состояние системы: наличие связи с устройствами, уровень освещенности в помещениях, состояние светильников (включен/выключен). При соответствующих правах доступа пользователь может непосредственно управлять светильниками, выбирать режим работы всей системы (автоматический, «по расписанию», локальный и другие), смотреть статистику работы системы.

Функциональные возможности:

-  поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне;

- учет естественной освещенности в помещении;

-        учет времени суток, дня недели и присутствия людей в помещении;

-   интеллектуальное дистанционное управление освещением на основе беспроводного и проводного каналов связи;

- возможность регулирования уровня освещенности;

-        контроль состояния светильников на сервере,

-   возможность индивидуальной настройки режимов работы системы (автоматический, ручной, дежурный и их комбинации) путем составления расписания работы системы.

- локальное управление светильниками по фактору присутствия.

На программное обеспечение сервера возлагаются функции управления, настройки, мониторинга, обработки и хранения данных.

1. Управление:

-блоками включения \ выключения светильников (групп светильников),

светильниками,

-режимами управления яркостью светильников

автомат, ручной (локальный \ от системы),

-режимами работы локальных панелей управления,

2. Формирование системы:

-настройка адресов устройств.

формирование групп,

настройка параметров системы (обмен, отчеты),

ввод и настройка параметров устройств,

ввод и отображение плана системы (помещения, группы, светильники, связи между устройствами, спецификации групп и отчетов, обозначения),

3. Формирование расписания: время, дни недели, даты.

4.  Мониторинг состояния светильников, групп светильников, устройств управления и учета.

5.  Хранение данных о состоянии системы и ее элементов по времени. Статистические отчеты.

6. Анализ ситуации:

-превышение допустимого потребления для устройств управления,

неработоспособность светильников, устройств управления и линий связи,

срабатывание датчиков присутствия в режиме охраны.

Выводы по главе 3

Система освещения здания формируется как сумма систем освещения помещений с передачей ряда функций управления общему серверу здания, имеющему, как правило, более высокий приоритет и используемому в качестве регулятора режимов управления и диспетчерским центром (сбор и хранение данных, составление и отображение отчетов).

В помещениях постоянного пребывания людей (рабочие помещения) устанавливаются панели локального управления для регулирования светового потока групп интерфейсных светильников и управления включением и выключением управляемых и неуправляемых светильников с помощью блоков БУР-8.

Глава 4. Эффективность внедряемых технологий

4.1 Энергоэффективность осветительных приборов

В помещениях постоянного присутствия людей устанавливаются управляемые светильники с режимами ручной и автоматической регулировки яркости. В подсобных помещениях кратковременного пребывания устанавливаются светильники с датчиками освещенности и акустическими или инфракрасными датчиками. Панели управления располагаются в нескольких наиболее используемых помещениях и на выходе из дома. Предусматривается управление в режиме «Расписание» для организации эффекта присутствия хозяев.