Построение интеллектуальных систем внутреннего освещения

Основные требования к системам электрического освещения

Главное требование, предъявляемое к системе освещения, - это обеспечение заданного уровня освещенности. Существенная роль отводится также санитарным требованиям, таким как спектральный состав света и частота мерцания. Все эти требования призваны создать максимальный комфорт для зрения и, как следствие, обеспечить максимальную эффективность и безопасность производственных или учебных процессов.

Следующим по значимости является требование экономической эффективности, т.е. минимум затрат на создание и эксплуатацию системы освещения. Следует подчеркнуть особую важность второй составляющей. Она напрямую связана с энергетической эффективностью системы освещения.

Энергоэффективность зависит не только от коэффициента полезного действия осветительных приборов, но и от интенсивности их использования, как по уровню производимого света, так и по времени использования.

Экономия электроэнергии на освещение - не только экономическая, но и экологическая задача: чем меньше требуется электроэнергии, тем меньше выделяется тепла от самих электроосветительных приборов, меньше сжигается топлива на электростанциях. В мировом масштабе это приводит к снижению угрозы глобального потепления и уменьшению загрязнения атмосферы. Совершенно очевидно, что существуют два направления технического прогресса в области электрического осве щения: совершенствование электрических осветительных приборов и совершенствование систем управления электрическим освещением.

Структурное построение систем электрического освещения

Простейшая схема системы освещения с ручным управлением будет иметь вид, показанный на рисунке 7.6. Она содержит исполнительные устройства (электрические светильники и жалюзи с электроприводом) и управляющие устройства (электрические выключатели), соединенные силовыми проводами с электрической сетью. Управление - открытие (закрытие) жалюзи, включение/выключение светильников - осуществляется человеком вручную на основе визуальной оценки уровня освещенности. Подобные системы используются в настоящее время на производстве и в быту.

Главными недостатками такой системы являются непостоянство освещенности, перерасход электроэнергии и цветных металлов на электропроводку. Первые два недостатка можно компенсировать, если осуществлять управление системой освещения автоматически. Возможный вариант системы с централизованным автоматическим управлением показан на рисунке 7.7.

Светильники

Система освещения с ручным управлением

Рисунок 7.6 - Система освещения с ручным управлением

В такой системе постоянный уровень освещения поддерживается путем регулирования степени открытия жалюзи (в часы естественного освещения) и регулирования силы света в светильниках (в часы искусственного освещения) с помощью автоматического контроллера. Такая система требует применения датчика освещенности и датчика времени. Она гораздо более эффективна, однако не способствует сокращению длины силовых проводов.

Электродвигатель привода жалюзи

Рисунок 7.7 - Автоматическая система управления светом

Построение системы освещения с распределенным сетевым автоматическим управлением, которое иллюстрирует рисунок 7.8, позволяет избавиться от этого недостатка. Система освещения строится на основе интеллектуальных актуаторов (actuator), управляющих исполнительными устройствами, и интеллектуальных сенсоров (sensor).

Слово «интеллектуальный» подчеркивает тот факт, что в составе каждого устройства имеется искусственный интеллект - микроконтроллер.

Сенсоры и актуаторы получают питание от общей электрической сети и обмениваются сообщениями через локальную сеть на основе информационной шины, в соответствии с определенным стандартным протоколом. Такая шина может быть реализована в виде витой пары проводников, виртуального канала с частотным уплотнением непосредственно в силовой сети или в виде радиоканала. Кроме экономии цветных металлов, такая система имеет дополнительно два очень существенных преимущества. Первое из них состоит в том, что очень просто реализуется под ключение дополнительных устройств и, следовательно, расширение функций. Например, можно подключить датчик присутствия людей в помещении, как это изображено на рисунке 7.8, и отключать освещение полностью в случае, если людей нет в помещении.

Система освещения с распределенным сетевым автоматическим управлением

Рисунок 7.8 - Система освещения с распределенным сетевым автоматическим управлением

Такая дополнительная функция позволит получить существенную экономию электроэнергии, особенно во вспомогательных помещениях: складах, коридорах, туалетах, лифтах и т.п. Второе преимущество состоит в возможности построения иерархической сети, позволяющей объединить локальные сети отдельных помещений в систему освещения этажа, а системы управления этажей - в систему управления освещением всего здания и т.п. Подключение к такой иерархической сети компьютера, связанного с интернетом, делает возможным дистанционное управление системой из любой точки мира. Использование распределенного сетевого управления позволяет интегрировать систему управления освещением в интеллектуальную систему управления типа «Умный дом». Системы последнего типа, кроме функции управления освещением, включают также следующие функции:

  • - кондиционирование воздуха;
  • - управление мультимедийной аппаратурой;
  • - охрана от несанкционированного вторжения;
  • - управление безопасностью технических систем электро-, водо- и газоснабжения;
  • - дистанционное управление всеми подсистемами.

Нетрудно видеть, что для реализации всех указанных функций достаточно добавить в систему на рисунке 7.8 определенный набор интеллектуальных сенсоров и актуаторов.

Таким образом, с помощью такого подхода можно построить перспективную систему управления электрическим освещением по принципу распределенного сетевого управления. С этой целью разработан целый ряд промышленных стандартов на интерфейсы и протоколы для построения таких систем по типу АСКУЭ (см. раздел 5).

Охрана окружающей среды является главным критерием совершенствования систем управления электрическим освещением. Загрязнение окружающей среды и угроза глобального потепления в немалой степени связаны с недостаточной эффективностью систем электрического освещения. Повысить ее можно, снизив энергетические потери на всем пути от источника электроэнергии до конечного преобразования электрической энергии в световое излучение (см. раздел 4). Исходя из этого, можно сформулировать следующие направления развития технологий управления освещением:

  • - совершенствование полупроводниковых осветительных приборов;
  • - разработка новых, более эффективных элементов систем автоматического управления электроосвещением (сенсоров, микроконтроллеров, элементов силовой электроники, источников питания и т.п.);
  • - создание систем аккумуляторов света, способных накапливать энергию во время светового дня, и отдавать ее для освещения в ночные часы.

Несмотря на кажущуюся фантастичность последнего направления, зачатки подобных систем просматриваются в проектах «Зелёный свет».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >