Автоматизация освещения
Введение
Одним из элементов современного комфортного жилья является система освещения. Если раньше освещение представляло собой люстру с лампочкой и выключатель, то сегодня многие стремятся добавить освещению дополнительные функции.
Например, автоматическое включение и выключение света, поддержание необходимого уровня освещённости, управление цветом подсветки в зависимости от времени суток и многое другое. Все это не только создает удобство, но и экономит электроэнергию. Осуществить эти идеи можно с помощью системы автоматизированного управления освещением, которая может быть частью «умного дома» или самостоятельным решением.
Производители оборудования выпускают огромное количество различных устройств, позволяющих построить «умные» системы любой сложности.
В этой статье расскажем о видах осветительных приборов, о подборе управляющих устройств для каждого вида и о методах взаимодействия пользователя с системой автоматизации. Если вы решили самостоятельно построить систему управления освещением в квартире, доме или офисе и не знаете с чего начать — эта статья для вас.
Как это устроено
Оборудование в системах автоматического управлния освещением можно разделить на категории:
- осветительные приборы: лампы, светильники, светодиодные ленты и т.д.;
- устройства управления освещением: реле, диммеры;
- источники управления: клавишные выключатели, датчики, сенсорные панели и т.п.;
- контроллеры;
- вспомогательные устройства: блоки питания, модули передачи данных, усилители мощности и т.д.
Рассмотрим каждый вид устройств более детально.
Осветительные приборы
При всем разнообразии видов и типов осветительных приборов, управление освещением сводится всего к двум способам — простое включение и выключение, а также плавное регулирование яркости и цвета.
Выбор способа управления и управляющих устройств зависит от типа осветительного прибора. Например, существуют устройства, яркостью которых нельзя управлять, некоторые требуют собственного блока питания, а другие управляются только по цифровому интерфейсу.
Осветительные приборы делятся на следующие типы:
- лампы накаливания и светодиодные с питанием 230 В — можно включать выключателем или реле и менять яркость с помощью диммера;
- светодиодные ленты — поддерживают управление яркостью, цветом и т.д., в зависимости от типа ленты, требуется диммер постоянного тока и блок питания для лент;
- светильники со встроенными драйверами не диммируемые — только включение и выключение, яркость не меняется;
- светильники со встроенными драйверами с питанием 230 В диммируемые — управляются аналогично светодиодным лампам;
- светильники с управлением 0-10 В — включение и задание яркости с помощью аналогового сигнала 0-10 В;
- светильники с протоколом DALI — отдельный тип устройств, используются в больших офисных зданиях и дизайн-проектах квартир и домов, управляются по специальному протоколу DALI.
Отдельный вид устройств — «умные лампы», которые управляются по протоколу Zigbee. Их тоже можно подключить к контроллеру Wiren Board и управлять ими.
Исполнительные устройства
Исполнительные устройства включают и отключают осветительные приборы, регулируют их яркость. Для разных типов светильников нужны разные типы исполнительных устройств, рассмотрим каждый тип и покажем способ его применения.
Модули реле
Модули реле — это распространённый тип исполнительных устройств в системах управления освещением. Их применяют везде, где нужно простое включение и выключение осветительного прибора. С их помощью управляют любыми источниками освещения: лампами накаливания, светодиодными лампами, LED-лентами с собственным драйвером и т.д.
Мы выпускаем реле серии WB-MR Эти реле имеют дискретные входы для прямого управления с выключателей. Входы распознают четыре типа нажатий, по которым выполняются разные действия с выходами. Все модули с входами могут работать в паре с контроллером и без него.
Для управления освещением отлично подойдёт модуль реле со встроенным блоком питания WB-MR6C v.3:
- реле модуля выдерживают большой пусковой ток, что важно для управления светодиодными лампами;
- дискретные входы и автономное питание позволяют использовать реле для создания «умной» электрики в системах без контроллера;
- гибкая настройка входов и распознавание типов нажатий позволяет сделать сценарные и проходные выключатели;
- управление по RS-485 (Modbus) позволяет встроить модуль реле в систему автоматизации с контроллером и управлять освещением удаленно или с помощью сценариев.
Тип модуля реле подбирают исходя из мощности потребителя и с учётом величины пусковых токов. Рекомендации по выбору реле для нагрузки.
Диммеры
Следующий тип управляющих устройств — это диммеры, которые нужны для управления яркостью осветительных приборов.
У нас есть диммеры WB-MDM3, которые предназначены для работы в сети переменного тока с напряжением 230 В и мощностью потребителей до 300 Вт на канал для ламп накаливания и 180 Вт — для светодиодных ламп. Они могут работать с лампами накаливания, диммируемыми светодиодными лампами, драйверами светодиодных лент, электронными трансформаторами питания галогенных ламп и т.п.
Важно! Не все типы осветительных приборов диммируются. Если лампу или светильник можно диммировать — это будет явно указано на упаковке или в инструкции. Попытка диммировать не предназначенные для этого лампы может вывести диммер и лампы из строя.
Диммеры WB-MDM3 могут управляться с напрямую выключателей, подключенных к входам и по RS-485 (Modbus).
Диммеры светодиодных лент
Для управления светодиодными лентами без собственного драйвера используйте диммер светодиодных лент WB-LED. К нему можно подключить цветные (RGB, RGB+W), жёлто-белые (CCT) или белые (W) светодиодные ленты и управлять ими с выключателей или по RS-485 (Modbus).
Диммер поддерживает 11 режимов работы, имеет универсальные входы с аппаратным распознаванием типов нажатий и настраиваемую частоту ШИМ. Каждый канал выдерживает ток до 5 А, если этого недостаточно — следует использовать усилитель WB-AMPLED.
Модули аналоговых выходов
Для управления светильниками и диммерами с входом 0-10 В (1–10 В) используются модули аналоговых выходов. У нас для этого есть WB-MAO4, который поддерживает два режима работы 0-10 В и ШИМ, управляется с выключателей и по RS-485 (Modbus).
Шлюз Modbus-DALI
DALI — специальный цифровой протокол и стандарт связи для управления освещением. Использует двухпроводную линию связи, которую допускается прокладывать вместе с силовыми проводами, в том числе и в одном кабеле. В одной линии DALI могут работать до 64 устройств.
Светильники с протоколом DALI в последнее время популярны в различных дизайн-проектах: они выглядят красиво, поддерживают разные режимы работы и к ним достаточно протянуть один пятижильный кабель для питания и управления. Так же они умеют сообщать свой статус, например, «перегорела лампочка».
Для управления устройствами с протоколом DALI с помощью контроллеров Wiren Board нужно использовать шлюз ECOdim DALI GW2, который преобразовывает команды протокола Modbus RTU/TCP в команды DALI. Более подробную информацию о работе шлюза можно найти в документации.
Источники управляющих сигналов
Следующий тип устройств системы управления освещением — источники управляющих сигналов: выключатели, регуляторы, пульты, датчики движения и освещенности и т.д.
Клавишные выключатели
Клавишные выключатели бывают с фиксацией и без, клавиш может быть одна или несколько. В системах автоматизации удобно использовать выключатели без фиксации (кнопки), это позволяет на один выключатель назначить несколько действий.
Датчики присутствия и движения
Датчики присутствия и движения используются для автоматического включения света когда человек входит в помещение.
Датчик движения — это инфракрасный датчик (ИК), который срабатывает только, когда замечает движение в поле действия. Датчик присутствия — это микроволновый или ультразвуковой датчик, который «видит» человека даже, если он неподвижен.
Выходы таких датчиков могут быть дискретными или цифровыми.
Датчики освещённости
Датчики освещенности — это устройства, которые измеряют уровень освещённости в комнате и передают измеренные показания в систему управления. С помощью этих датчиков можно поддерживать требуемый уровень яркости освещения, создавая комфортную атмосферу.
Обычно они входят в состав комбинированных датчиков, например, WB-MSW v.3.
Комбинированные настенные датчики WB-MSW v.3
Настенные комбинированные датчики WB-MSW v.3 применяют там, где нужно включать свет при нахождении человека в помещении и/или поддерживать заданную яркость освещения. Кроме этого они позволяют следить за климатом в помещении и управлять бытовой техникой по ИК.
Есть модели с интерфейсами RS-485 (Modbus), а также WB-MSW v.3 LoRa и WB-MSW-ZIGBEE v.3.
Пульты управления
С помощью пультов можно дистанционно включать/выключать свет, задавать яркость, управлять цветом RGB подсветки и т.д. Обычно пульты работают по протоколам Zigbee и Bluetooth.
Для использования с контроллером Wiren Board рекомендуем выбирать пульты с поддержкой Zigbee.
Настенные панели управления
Настенные панели бывают универсальными и предназначенными для одной определённой функции, например, управление освещением. Обычно они поддерживают один из протоколов передачи данных: MQTT, Modbus, KNX, Bluetooth и Zigbee.
С контроллером Wiren Board часто используют KNX-панели, программируемые панели (HMI) с Modbus или обычные планшеты, куда выводятся графические и текстовые дашборды.
Мобильные устройства и голосовые помощники
В стандартную поставку контроллера входит адаптивный веб-интерфейс, который можно использовать для управления системой автоматизации с мобильного устройства или настроить интеграцию со сторонними мобильными приложениями и облачными сервисами: Дом с Алисой, Сбер Салют, Apple Home Kit, Home Assistant, MQTT Dash, SprutHub и т.п.
Большинство облачных сервисов предоставляют доступ к голосовому помощнику, который умеет управлять оборудованием и запускать сценарии управления: Ужин, Кино и т.п.
Источники питания для системы автоматизации
Для питания модулей и датчиков системы автоматизации освещения используются блоки питания с постоянным напряжением, обычно это 24 В. Блоки питания устанавливаются в щите автоматики и выбираются исходя из потребляемой системой мощности. Если мощности одного блока недостаточно, то можно разбить потребителей на группы и использовать несколько блоков питания.
Мы предлагаем несколько видов блоков питания различной мощности для установки на din-рейку. Смотрите список в разделе Комплектующие.
Контроллер автоматизации
Простые задачи управления освещением могут быть реализованы с помощью аппаратных функций модулей, но для более сложных сценариев понадобится программируемый контроллер. Он позволит автоматизировать управление освещением и интегрироваться в SCADA системы и панели управления.
Универсального контроллера Wiren Board под управлением свободной ОС Debian Linux хватит для решения большинства типовых задач автоматизации.
В контроллер уже установлено необходимое ПО. Если его недостаточно, не составит труда установить ПО сторонних производителей и интегрировать контроллер в системы верхнего уровня, облачные сервисы и т.п.
Читайте обо всех возможностях на странице контроллера.
Пример системы управления освещением
Схема и интерфейс управления
Покажем пример подключения устройств для управления освещением. Подробные схемы подключения и рекомендации смотрите в нашей документации и на портале техподдержки.
Будем использовать оборудование:
- контроллер Wiren Board 7 — управление системой освещения;
- модуль реле WB-MR6C v.2 — управление светильниками;
- диммер WB-MDM3 — управление яркостью освещения;
- диммер светодиодной ленты WB-LED— управление цветом и яркостью декоративной подсветки;
- универсальный датчик WB-MSW v.3 — контроль за движением и освещённостью;
- блок питания на 24 В LI60-20B24PR2 — питание контроллера и модулей.
Чтобы не загромождать схему, показано по одному модулю каждого вида, аналогичным образом подключаются до 247 модулей. Питаются модули от отдельного блока питания 24 В. Если потребляемый ток не превышает 1 А можно запитаться от выхода Vout контроллера. Для питания светодиодной ленты рекомендуется использовать отдельный блок питания (на схеме не показан). Управление модулями происходит по интерфейсу RS-485 или выключателями.
Настенные выключатели подключаются к дискретным входам модулей управления, логика их работы настраивается через веб-интерфейс контроллера.
Управлять освещением можно из веб-интерфейса контроллера или организовать взаимодействие с ПО верхнего уровня, например, Node-RED, Home Assistant, IntraHouse, Apple Home,iRidium Server, Дом с Алисой и др.
Щит
Устройства делятся на два типа:
- монтируемые в щите управления;
- устанавливаемые по месту.
В щите управления монтируются контроллер, модуль реле, диммеры, блоки питания, автоматические выключатели и т.д.
По месту устанавливаются сами осветительные приборы, выключатели и датчики. Если светодиодные ленты находятся далеко от щита (больше 10 метров), то диммеры и блоки питания лент рекомендуем устанавливать по месту, чтобы уменьшить сечение силовых проводов. Примеры расчёта сечения провода смотрите в документации на диммер.
Приборы устанавлювают и подключают в соответствии с инструкциями изготовителей. Для монтажа кабельных линий могут быть использованы стандартные кабели для электромонтажа. Сечение жил проводников выбирается исходя из величины протекающего по ним тока в соответствии с требованиями ПУЭ.
Для прокладки линий связи RS-485 используется кабель типа UTP (витая пара). При наличии источников помех рекомендуется использовать экранированный кабель, например, ParLan Patch U/UTP Cat5e PVC. Для светильников, работающих с протоколом DALI, целесообразно использовать 5-жильные кабели.
Подключение модулей к контроллеру Wiren Board и их конфигурация в веб-интерфейсе контроллера подробно описаны в документации на модули.
На фотографиях ниже пример щита управления освещением на оборудовании Wiren Board:
- Слева — автоматы, контроллер и блок питания системы автоматизации.
- По центру — модули реле и диммеры светодиодных лент.
- Справа — диммеры для трековых светильников и блоки питания для светодиодных лент.
Спасибо за фото Vingores, участнику телеграм-чата Wiren Board.
Полезные ссылки
- Общие принципы проектирования умного дома
- Программное обеспечение контроллеров Wiren Board
- Подбор оборудования Wiren Board под задачи автоматизации
Роман Матвеев