Преглед на протоколите за управление на осветлението
Български доставчици на LED осветление
Стратегии за осветление в Европа
Изпълнение на проект за осветление на търговско-развлекателен център в Дубна
Реклама на нашите партньори
При общото осветление полупроводниковите източници на светлина продължават да заместват традиционните лампи. В тази връзка проблемът с избора на подходящ протокол за управление на осветлението става все по-актуален.
Аналогово управление
Контролът на интензитета на светлината чрез промяна на напрежението е един от най-ранните и най-прости методи, залегнал в международния стандарт ANSI E1.3 - 2001. Диапазонът на промяна на напрежението зависи от производителя, но с течение на времето нивата от 0-10 V са станали най-често срещани.Интензитетът на светлината се променя пропорционално на напрежението. Най-ранните системи за управление на светлината са използвали автотрансформатори. През 60-те години. на миналия век се появиха тиристорни аналогови системи за управление, които ви позволяват да управлявате светлинния поток дистанционно с помощта на сравнително малка конзола. До средата на 70-те години. е установен единичен обхват на управляващото напрежение от 0–10 V. Основният недостатък на аналоговото управление е невъзможността да се управляват голям брой осветителни тела. Предимството на този метод е лекотата на изпълнение. Необходими са само две линии: външен контролен сигнал и общ връщащ проводник. Управляващият ток обикновено е в диапазона 1…4 mA. Друга опция за аналогово управление е проектирана да получава управляващ сигнал с помощта на вътрешен LED драйвер и външен потенциометър. Недостатъкът на аналоговия подход при управление на десетки и дори стотици осветителни устройства е голям брой контролни линии, което прави този метод неприложим за сложнисистеми с няколкостотин осветителни тела. Системата става твърде скъпа. Освен това в него е трудно да се диагностицира и отстрани неизправност. Вторият недостатък е свързан със затихването на сигнала при дълги линии. Сигналът, получен от източника на светлина, може да е по-слаб от оригиналния сигнал, което води до по-слабо осветление или неравномерно излъчване в системи с множество светлини. В допълнение, аналоговият сигнал е обект на външни смущения, шум и прекъсвания на наземната линия, особено когато се предава на дълги разстояния. Широко използвани са светодиодни драйвери с аналогов принцип на димиране 0-10V. Този метод на управление обаче не осигурява достатъчна стабилност и не позволява получаване на данни от мрежовия контролер.
Управление на енергията
Управлението на основното осветление се използва в търговски и жилищни зони. Мрежовото напрежение се подава към осветителното устройство и е ограничено по амплитуда в съответствие с необходимата стойност на светлинния поток. Обикновено този подход се използва за контролиране на интензитета на светлината на лампите с нажежаема жичка. Димерите могат да бъдат разделени на две групи: при някои мрежовото напрежение е ограничено по предния ръб, при други по задната страна. В регулаторите от първата група се използват триаци. Предназначени са за халогенни лампи и лампи с нажежаема жичка. Интензитетът на светлината се променя чрез прекъсване на предния ръб на мрежовото напрежение (виж Фиг. 1a и 1b). Минималното натоварване е 10-60 вата. Това изискване не е изпълнено в много LED системи, така че преди да смените лампите със светодиоди, трябва да проверите дали натоварването е достатъчно. В противен случай няма да е възможно да се постигне слабо осветление или ще има забележимотрептене на очите.
Ориз. 1. Ограничаване на мрежовото напрежение на предния ръб
Ориз. 2. Ограничаване на мрежовото напрежение на задния ръб
През 80-те години. появиха се схеми за мултиплексно управление, базирани на микропроцесори: AMX192, K96. Стандартът AMX192 беше използван в Съединените щати и Канада, а D56 стана негов аналог в други страни. Въпреки това оперативната съвместимост на устройствата често не се постига дори в рамките на продуктовата линия на една компания поради използването на различни нива на напрежение и стартови последователности, както и разлики в разпределението на щифтовете, обменните курсове и броя на предавателните линии. Освен това са разработени много алтернативни протоколи, някои от които изискват модул памет за съхраняване на данни в контролера. Предимството на мултиплексираните протоколи е по-малкото кабелни връзки и възможността за управление на повече светлини. Появата на стандарта USITT DMX512 помогна да се рационализира ситуацията, да се осигури оперативна съвместимост на устройствата и да се донесат икономически ползи за всички сектори на пазара на осветление. Появи се нов клас устройства - интерфейсни схеми, които осигуряват обратна съвместимост на стандартите.
Този стандарт е разработен за цифрови мрежи за данни, използвани за управление на LED светлини и други устройства. На физическия слой този протокол използва EIA-485 диференциални сигнали и предаване на пакети. Обмяната е възможна само в една посока и не предвижда проверка и коригиране на грешки. Контролерът DMX512 извършва 250 kbaud серийно асинхронно предаване на данни. Предаването на данни през 512 канала ще отнеме около 23 ms, което съответства на честота на опресняване от 44 Hz. За ощечестите актуализации се изпращат по по-малко канали. Протоколът DMX-512A е широко използван поради няколко причини: – базира се на интерфейса EIA485; - лекота на изпълнение; – висока надеждност; – възможност за управление на няколко мрежи от осветителни тела чрез три проводника; – ниска цена на елементната база; – контролният интерфейс е изолиран от осветителното тяло, т.е. защитени; Максималният брой устройства е 512. Допълнително разширяване е възможно само с допълнителни DMX портове. Типична структура на DMX мрежа е показана на фигура 3. Контролерът е свързан към линия от осветителни тела, свързани последователно. Стандартът EIA485 е само за верижни системи. Всеки сегмент може да има до 32 устройства, общата дължина на свързващия проводник е 1 км. С помощта на специални RS485 IC можете да увеличите броя на устройствата, свързани към един порт. Така че, когато използвате ISO15 Texas Instruments IC, може да има до 128 устройства в един сегмент. Някои производители на LED драйвери заявяват, че произволен брой драйвери могат да бъдат свързани към един DMX порт. Това не е потвърдено в официалния стандарт. В повечето от тези драйвери изходът се възстановява до същия DMX сигнал, който е бил получен на входа. В този случай се натрупва времезакъснение, което става забележимо при големи инсталации. Освен това повреда, възникнала в един драйвер, ще се повтори от всички следващи.
Ориз. 3. Осветителна система с DMX интерфейс
Предимствата на DMX включват безплатното задаване на канали за осветително тяло. Например, първата светлина, свързана към първия порт (вижте Фигура 3), изисква 4 канала законтролни сигнали от червени, зелени, сини и кехлибарени цветове. За втория - 3 канала (RGB). За осветително тяло 3 един канал може да е достатъчен за затъмняване на белия светодиод. Протоколът DMX използва пакетно предаване. Първият байт на информационното поле съдържа "началния код". Използва се като флаг за указване на типа данни, които се прехвърлят. Стойност 0 показва, че пакетът съдържа информация за интензитета на светлинния поток. Останалите 255 кода не са дефинирани. Те се използват в протокола RDM (вижте по-долу). Всеки DMX порт предава до 512 8-битови стойности на канала. Необходими са 23 ms за предаване на пълен пакет, което съответства на скорост на актуализиране от 44 пъти в секунда. Тази честота е подходяща за повечето приложения и не се възприема от окото. Единственият недостатък на DMX протокола е еднопосочното предаване от контролера към светлинния източник. Съответно е невъзможно да се следи състоянието на осветителните тела и повреди на коловозите. DMX преобразувателите се използват широко в архитектурното осветление, където свързващите линии може да са твърде дълги. Въпреки че безжичните мрежи DMX512 могат да работят до 1000 m, повечето връзки не могат да бъдат по-дълги от 300-450 m от съображения за надеждност.
Двупосочни протоколи
Сред многото двупосочни протоколи за управление на осветлението, цифров адресируем интерфейс за осветление (DALI), дистанционно управление на устройства (RDM), архитектура за контролни мрежи (ACN) и KNX получиха международно признание. Новата версия на протокола DMX512/2000, която е в разгара си, ще добави типове конектори, защита от високо напрежение на сигналните щифтове и ще реши проблемите на наземната шина. Може да е възможно да се разреши двупосочно предаване.
СтандартенDALI е разработен като разширение на аналоговия интерфейс AVC 1-10 V. Това е отворен стандарт за флуоресцентни лампи с баласт. В края на 2009 г. стандартът беше разширен. По-специално, стана възможно да се контролират LED инсталациите. Протоколът предполага предаване на данни по две линии (виж фиг. 4).
Ориз. 4. Пренос на данни през DALI мрежа
Предимства на DALI: - управление на 64 устройства на една шина; – в едно пространство могат да се формират до 16 варианта на сцени; Контролните проводници са свързани директно към баласта или контролната верига, което улеснява свързването, когато има много зони или групи; - нелинейно димиране до 0,1% (теоретична граница). Логаритмичната крива на затъмняване е показана на фигура 5. Повечето драйвери не могат да затъмнят светодиода до това ниво, тъй като минималният ток е 5-6mA, т.е. 1,5% за драйвер, оценен на 350mA. Възможно е да се използва ШИМ, но това е нежелателно в системите с бяла светлина като цяло, тъй като поради малкия работен цикъл при слаба светлина, трептенето може да бъде забележимо за окото. В близко бъдеще ще се появят драйвери с преден ток по-малък от 1 mA (0,3%), съдържащ сигнален процесор. Те ще осигурят затъмнение с перфектно визуално представяне.
Ориз. 5. Крива на затъмняване
Стандартът DALI използва кодово кодиране на Манчестър за коригиране на грешки. Максималната скорост на предаване е 1200 бода. Максималната дължина на сегмента е 300 m за кабел 1,5 mm2, 100 m за кабел 0,5 mm2 и 150 m за кабел 0,75 mm2. Както при RDM, протоколът DALI не е широко разпространен поради високата цена на контролерите. Този проблемвече е решен, така че протоколът ще бъде търсен в нови проекти.
Много съвременни устройства комуникират чрез интернет. Постепенно тази технология навлиза и в осветителните системи. Предимства на използването на TCP/IP протоколи: – ниска цена на инфраструктурата; - скалируемост - възможност за свързване на почти безкраен брой мрежи; - съвместимост с мрежови и интернет протоколи ви позволява да управлявате осветлението от разстояние; – лекота на конфигуриране; – висока скорост на трансфер; – устойчивост на грешки. В момента се разработва мрежов протокол ACN - архитектура за мрежи за управление (E1.17) за управление на осветителни системи през IP мрежа. Протоколът е надмножество на UDP/IP. Комуникацията се осъществява по евтини стандартни Ethernet или Wi-Fi линии. Протоколът ACN е напълно двупосочен. Всяко устройство има уникален идентификационен номер, по който контролерът разпознава свързаните устройства. Освен това към всяко устройство е прикрепен файл с описание на всички възможности на светлинния източник. Така контролерът ще може да управлява светлините, които ще се появят в бъдеще. За мигриране от DMX512 към ACN е разработен междинен протокол DMX-over-ACN (Streaming ACN или BSR E1.31).
Заключение
Интелигентните осветителни системи непрекъснато се развиват. Засега няма единен стандарт и борбата между съществуващите протоколи за предаване продължава. Очевидно бъдещето принадлежи на протоколите за двупосочен обмен. В момента RDM и DALI доминират в тази област, но крайният лидер ще бъде определен през следващите две години. Най-голямата пречка пред създаването на единен стандарт е несъвместимостта на мрежовото оборудване. Не помага в този смисъл.дори създаване на контролери, които поддържат общи интерфейси като Ethernet. Промяната на протокола е скъпа и сложна процедура, тя поставя под съмнение бъдещето на настоящите проекти, които вече са изразходвали много ресурси, така че производителите са много неохотни да направят това.