Oświetlenie i Sterowanie

Administrowanie nowoczesnym budynkiem związane jest z koniecznością zarządzania jego zasobami. Zasoby to nie tylko powierzchnia, którą można wynająć lub sprzedać, lecz również niezbędna dla prowadzenia takiej działalności infrastruktura. Wzrost wymagań użytkowników sprawił, że niezbędnym wyposażeniem nowoczesnych budynków stało się wiele systemów podnoszących funkcjonalność, bezpieczeństwo oraz komfort jego użytkowania. Wśród najważniejszych wymienić można systemy klimatyzacji i wentylacji, oświetlenia, kontroli dostępu, przeciwpożarowe, teleinformatyczne. Sprawne administrowanie wszystkimi systemami stawia wiele wymagań, na wszystkich etapach, od projektowania poprzez realizację i uruchomienie aż do eksploatacji. To właśnie stało się jedną z ważniejszych przesłanek dla rozwoju systemów sterowania, w tym systemów sterowania oświetleniem.

Systemy sterowania zapewniają wiele korzyści. Podstawowe to:

• Elastyczność - umożliwia rekonfigurację sterowanych obwodów w przypadku zmian w aranżacji pomieszczeń, bez konieczności ingerencji fizycznej w instalację

• Energooszczędność - umożliwia redukcję zużycia poboru energii dla celów oświetleniowych nawet do 70%

• Komfort - poprawa warunków pracy wzrokowej oraz możliwość wpływu na parametry oświetleniowe - dla użytkownika

• Bezpieczeństwo – możliwość realizacji scenariuszy pracy oświetlenia w przypadku wystąpienia zagrożeń

Sterowanie oświetleniem wyróżnia się koniecznością stosowania algorytmów różnych od wszelkich innych stosowanych w urządzeniach automatyki budynków. Wyjaśnijmy je na przykładzie sterowania natężeniem oświetlenia w zależności od udziału oświetlenia dziennego z użyciem detektora ruchu. W przypadku wykrycia obecności w pomieszczeniu, detektor ruchu przekazuje sygnał do sterownika. Sygnał obecności jest nadawany z czujnika z uwzględnieniem zdefiniowany przez użytkownika zwłoki czasowej. Sterownik załącza obwód oświetleniowy wysterowywując oprawy regulowane do tzw. wartości „referencyjnej” (wartość ta może być różna w zależności od zastosowanego sterownika oraz stanu wynikającego z nastaw innych elementów układu). Równocześnie czujnik natężenia oświetlenia dokonuje pomiaru i przekazuje go do sterownika. Sterownik reaguje na wynik pomiaru w sposób płynny – korekta wysterowania opraw następuję stopniowo – nie powinna być natychmiastowa, gdyż użytkownik reaguje negatywnie na nagłe zmiany („migotanie”) światła z opraw oświetleniowych. Jeśli sterownik zmniejszy wysterowanie opraw do wartości minimalnej a czujnik natężenia wciąż wskazuje poziom wyższy od zadanego – sterownik nie może natychmiast wyłączyć opraw. Aby nastąpiło wyłączenie poziom natężenia musi przekraczać np. 150% wartości zadanej przez określony czas np. 15 min. Wynika to z konieczności uniknięcia zapalania się i gaśnięcia (migotania) opraw oświetleniowych w przypadku warunków odpowiadających pracy w warunkach minimalnego wysterowania opraw oświetleniowych – pamiętajmy, że warunki zewnętrzne zmieniają się w sposób ciągły, niekiedy dość gwałtownie. Z tego powodu, po wyłączeniu opraw oświetleniowych przez sygnał czujnika natężenia, ponowny zapłon musi być natychmiastowy, poziom załączenia wynosi 100% natężenia zadanego. Zadaniem czujnika ruchu w takim układzie sterowania jest wyłączenie oświetlenia w przypadku braku obecności. Jednakże tu również reakcja nie powinna być natychmiastowa. Z reguły zaleca się ustawienie opóźnienia czasowego na min. 15 minut, aby w przypadku chwilowego zniknięcia użytkownika z „pola widzenia” czujnika układ nie wyłączył nam światła.

Punktem wyjścia przy projektowaniu systemów sterowania jest określenie schematu logicznego działania systemu. Bardzo ważna, jest w tym miejscu rola przyszłego użytkownika lub administratora budynku – to on musi określić jak i do czego zamierza wykorzystywać automatykę (w tym automatykę oświetlenia), jakie ma spełniać funkcje, jak system ma się zachowywać w określonych sytuacjach, w określonych miejscach. Na tej podstawie projektant zaprojektuje magistralę oraz dobierze odpowiednie funkcjonalnie urządzenia. W każdym budynku znajduje się wiele stref, w których wymagania odnośnie automatyki są różne – od najprostszych do najbardziej zaawansowanych.

Najprostsze układy sterowania (np. załącz światło w przypadku wykrycia ruchu oraz wyłącz po zadanym czasie braku detekcji ruchu) stosuje się w przypadku pomieszczeń, w których obecność ludzi jest tymczasowa (np. pomieszczenia techniczne, sanitariaty). Dla tego typu aplikacji możliwe jest wykorzystanie urządzeń klasy „Occuswitch”, np. Philips LRM1050, które realizują lokalne zadania sterownicze bez możliwości komunikacji z siecią LonWorks. Są  to czujniki ruchu zintegrowany ze sterownikiem. Ze względu na stosunkowo dużą obciążalność prądową (do 10A – 2030 VA) mogą one załączać całą grupę urządzeń – np. oświetlenie podstawowe, lampę nad lustrem i wentylator.

Druga grupa pomieszczeń to pomieszczenia rozległe, o tymczasowym charakterze przebywania ludzi – np. garaże, niektóre korytarze (nie wymagające nadzoru z poziomu BMS). Ze względu na swój charakter sterownik lub grupa sterowników musi współpracować z grupą czujników ruchu. Do tego rodzaju zastosowań idealnym rozwiązaniem jest prosty system sterowania TRIOS. System TRIOS umożliwia współpracę do 5 sterowników oraz czujników ruchu, odbiorników sygnałów podczerwieni (z pilota), czujników światła, multiczujników, lub interfejsów przycisków. Możliwa ilość zastosowanych czujników jest różna, zależna od poboru prądu (sterownik zasila czujniki). Cechą charakterystyczną TRIOS`a jest jego autokonfiguracja. Sterowniki TRIOS wykrywają rodzaj podłączonych czujników, po czym następuje automatyczna konfiguracja układu. Przykładowo - jeśli sterownik wykryje tylko czujnik ruchu – po sygnale od niego załączy obwód, lecz jeśli wykryje również odbiornik podczerwieni – będzie czekał na sygnał z nadajnika (pilota). Sterownik jest adresowalny - tj. można przypisać mu adres grupy i kanału, wyróżniający go z grupy współpracujących razem sterowników. Te jego cechy rozszerzają zakres zastosowań do mniejszych powierzchni biurowych.

Najpoważniejszym zagadnieniem jest trzecia grupa pomieszczeń - pomieszczenia biurowe. W dużych budynkach sprawne zarządzanie instalacjami realizowane jest najczęściej przy wykorzystaniu konsoli BMS (Building Management System). Ekonomia i sprawność działania systemu wymaga zastosowania jednolitego protokołu komunikacyjnego urządzeń. Standardem w przypadku poważnych projektów biurowych, (ale również przemysłowych i handlowych) stał się protokół LonWorks. Zastosowanie uniwersalnego, otwartego, protokołu komunikacyjnego ma wiele zalet – redukcja kosztów- przykładowo jeden czujnik jest wykorzystywany przez sterowniki oświetleniowe i systemy wentylacji i klimatyzacji, uproszczenie sieci - a więc jej usprawnienie i przyspieszenie komunikacji, bezpieczeństwo, uniezależnienie od jednego dostawcy. Filozofia LonWorks oparta jest na wzajemnej komunikacji urządzeń lokalnych w magistrali bez udziału jednostki centralnej. Dzięki temu jest to system bardzo stabilny - awaria żadnego pojedynczego urządzenia (nawet jednostki centralnej) nie może spowodować zatrzymania lub niestabilnej pracy instalacji całego budynku.

Jako firma oświetleniowa Philips oferuje pełną gamę urządzeń przystosowanych do specyficznych wymogów sterowania oświetleniem. Wśród tych urządzeń, znanych pod marką „LightMaster Modula (LMM)r”, można wyróżnić kilka grup:

• czujniki (urządzenia pomiarowe – czujniki ruchu, czujniki światła i odbiorniki podczerwieni)

• sterowniki (urządzenia wykonawcze)

• urządzenia sieciowe (floor manager)

• Plugins – wtyczki urządzeń do popularnych narzędziach konfiguracyjnych (LonMaker, NLSuite) ułatwiające konfigurację urządzeń LMM

Warto podkreślić, że urządzenia LMM są z założenia otwarte na inne systemy – sterowniki mogą przekazywać informacje zbierane z czujnków  do innego urządzeń w sieci np. informację o temperaturze odczytaną z nadajnika podczerwieni (pilota) IRT 8055, kanał sterownika może zostać wykorzystany do sterowania żaluzjami, nadajniki podczerwieni (piloty) mogą zmieniać biegi wentylatora, zmieniać nastawę temperatury, itd. Stosowanie nadajników podczerwieni (pilotów) jest zalecane, gdy przyszła aranżacja powierzchni nie jest z góry określona lub, w których należy liczyć się z jej zmianami w okresie eksploatacji budynku (np. budynki biurowe pod wynajem). Dzięki takiemu rozwiązaniu wyeliminowana jest konieczność dokonywania fizycznej modernizacji instalacji – eliminuje się okablowanie pionowe. Po wykonaniu ścianek działowych (lub ich zmianie), wystarcza zainstalować pilota naściennego przy drzwiach pomieszczenia. Konfiguracja instalacji następuje na poziomie oprogramowania.Sterowniki dedykowane oświetleniu realizują specyficzne algorytmy oświetleniowe.

Każde pojedyncze urządzenie stanowi „węzeł” (node) sieci i jest identyfikowane w magistrali unikalnym numerem ID. Profil funkcjonalny jednego węzła może jednak obejmować wiele różnych funkcji. Przykładowo - jedno urządzenie sprzętowe - sterownik LRC 5048 może być widziany w warstwie aplikacyjnej sieci jako kilkanaście „obiektów” – 8 niezależnych kanałów sterowania oświetleniem, 2 obiekty typu „czujnik natężenia oświetlenia”, 2 obiekty typu „czujnik ruchu” (oczywiście w przypadku podłączenia analogowych czujników do gniazd w sterowniku), 1 obiekt „przełącznik” oraz oczywiście obiekt typu węzeł sieciowy. Konfiguracja sieci polega na odpowiednim powiązaniu ze sobą odpowiednich zmiennych wyjściowych czujników z odpowiednimi zmiennymi wejściowymi sterowników, oraz umiejętnej konfiguracji parametrów wszystkich urządzeń. Konfigurację taką najczęściej wykonuje się bądź przy użyciu oprogramowania dedykowanego konkretnemu pojedynczemu systemowi (np. Unilon dla Helio), lub częściej, przy użyciu oprogramowania uniwersalnego np. LonMaker. Wszelkie informacje pochodzące od urządzeń w sieci zapisywane są w bazie danych LNS. Konsola BMS budynku, przy wykorzystaniu bazy LNS, może dokonywać wizualizacji stanu (monitoringu) pracy obiektów w sieci, bądź wywoływać żądania wykonania odpowiednich nastaw obiektów w sieci. Dzięki ww. cechom administrator budynku może mieć kontrolę nad pracą wszelkich instalacji w budynku, jak również pewność niezawodności i stabilności, a także pełnej elastyczności systemu.

Elastyczność zmniejsza np. koszty i przyspiesza wykonanie zmian aranżacji pomieszczeń (skraca czas przygotowania powierzchni dla najemców); energooszczędność wpływa również na czas pracy źródeł światła; komfort umożliwia wzrost wydajności pracy. Te m.in. cechy sprawiają, że w automatyce budynków coraz częściej stosowane są coraz bardziej zaawansowane systemy sterowania oświetleniem.