Управление освещением по линиям электропередачи


PDF версия

Темпы внедрения светодиодных осветительных приборов впечатляют. Однако по мере их использования на крупных объектах все более актуальной становится проблема управления системами освещения. В настоящей статье предложены методы интеллектуального управления большими светотехническими системами, например, уличным освещением и освещением в офисах. Эти методы позволяют увеличить эффективность светотехнических приборов и снизить расходы на электроэнергию.

Введение

Идеальное решение для осветительных систем состоит в обеспечении требуемого количества света в нужное время и в нужном месте. На практике, однако, современные средства управления осветительными системами часто, что называется, не доведены до ума: одна лампа управляется диммером или коммутатором, либо вся система управляется одним коммутатором. Удивительно, как такое может происходить, если учесть, что недостатка в стандартных протоколах управления не наблюдается, — достаточно перечислить DALI, DMX512A и аналоговую схему на 1–10 В. Эти системы управления обеспечивают бóльшую функциональность, чем механический переключатель, однако они не нашли широкого применения, как поначалу ожидалось. Причина ограниченной популярности этих протоколов — в их сложной реализации. К настоящему времени реализация всех этих протоколов нуждается не только в дорогостоящей прокладке сетей управления, но и силовых сетей, которые, к тому же, требуют правильной конфигурации, обслуживания и ремонта.
Для более широкого внедрения светотехнических средств управления требуется не дополнительный функционал, а возможность управления освещением без ресурсоемкой прокладки кабелей. В качестве физической среды для передачи сигналов в соответствии с перечисленными протоколами можно использовать радиоканалы или силовые кабели.

Протоколы передачи данных

Выбор протокола связи зависит от региональных факторов, т.е. от местного законодательства и наличия радиочастотного спектра. Уже сейчас в странах Северной Европы преимущественно используется РЧ-связь, а в Южной Европе — связь по ЛЭП (Power Line Communication, PLC).
В обоих случаях для реализации такой связи требуются стандарты и совместимость. Технологии, основанные на стандартах, обеспечивают потребителям два преимущества: во-первых, между несколькими поставщиками компонентов и систем появляется конкуренция, благодаря которой снижается стоимость конечного оборудования. Во-вторых, поставщики оборудования и потребители получают гарантию того, что их инвестиции в стандартизованные технологии оправданы, и они получат дальнейшее развитие.
Радиочастотная связь уже, по большей мере, стандартизована, начиная с технологий для сотовых телефонов и заканчивая беспроводными промышленными технологиями (например, ZigBee) и протоколами для потребительского сегмента (Bluetooth, RF4CE). Но каково состояние дел со стандартизацией PLC-технологии для приложений по управлению освещением? Производители светотехники уже поставляют оборудование, которое поддерживает такие протоколы управления освещением как DMX512A и DALI. Сложность реализации PLC-протокола заключается в обеспечении требуемой скорости передачи данных, временных соотношений и других требований, предъявляемых к управлению освещением.
На сегодняшний день разработка PLC-протокола обусловлена желанием поставщиков электроэнергии установить интеллектуальные счетчики, а не намерениями светотехнических компаний обеспечить управлением освещением. При этом реализация системы учета расхода ресурсов намного проще, т.к. она требует лишь считывания данных каждого узла сети через последовательный цифровой интерфейс и их отправки в центр управления. Поскольку ни один из PLC-стандартов фактически не стал доминирующим на рынке, до сих пор не обеспечена полная совместимость PLC-оборудования. Например, у PLC-протокола Prime, который поддерживается несколькими производителями кристаллов, хорошие перспективы стать стандартом. Однако этот протокол до сих пор не вполне пригоден для систем управления освещением, т.к. работает в диапазоне CENELEC Band A, предназначенном для нужд энергокомпаний.

Сложность управления освещением

В отличие от PLC-приложений для учета расхода ресурсов, системе управления освещением требуется двусторонняя связь для передачи команд и постоянно меняющейся информации. По крайней мере, эта система должна позволять переключать реле; генерировать аналоговый сигнал для драйвера на 1–10 В; генерировать и считывать цифровые последовательные данные для связи с системами DALI; считывать входные аналоговые сигналы для контроля линейного напряжения, света, температуры и тока; считывать последовательные данные других типов.
Пример такого рода оборудования, с которым могла бы сопрягаться PLC-система, представлен на рисунке 1. Постоянный выходной ток этого модуля светодиодного драйвера от Philips, питающегося от электросети, составляет 350 мА. Кроме того, этот модуль обеспечивает управление температурой источника света, термозащиту, функции автоматического управления яркостью и управления яркостью с помощью протокола 1–10 В. Некоторые драйверы поддерживают альтернативный протокол DALI или также интерфейс 1–10 В. Протокол DALI предоставляет сетевой адрес каждому узлу, необходимый для эффективного управления освещением.

 

Рис. 1. Сигналы управления в модуле светодиодного драйвера Philips Xitanium

Однако если PLC-протокол обеспечивает адресацию на уровне сетевого программного обеспечения, который выше уровня физического интерфейса, приложение по управлению освещением может использовать интерфейс 1–10 В (который намного проще DALI) для подключения PLC-модуля к драйверу. Но, похоже, до сих пор нет сети и прикладного программного обеспечения для реализации такой системы.
Попробуем сначала разобраться с требованиями. Сетевое программное обеспечение не только должно считывать данные с узла, что происходит в типовом приложении по учету расхода ресурсов, но и обеспечить двустороннюю связь. Последнее требование особенно трудно выполнить с использованием энергосети, которая характеризуется асимметричностью, нестационарностью и зашумленностью от электромагнитных помех. Задача сетевого программного обеспечения заключается в управлении всей связью и в обеспечении прозрачного PLC-канала для разработчика с помощью простого API-интерфейса.
Кроме того, это ПО должно поддерживать разные сетевые топологии типа «дерево» или «ячейка», которые позволяют каналу связи уцелеть, невзирая на шум, непреднамеренные повреждения и обрыв. Одним из удачных примеров такой реализации программного обес­печения сети является стек протокола Y-Net от Yitran, который используется во многих приложениях по управлению (см. рис. 2). Стек Y-Net реализуется с помощью микросхемы подключаемого модуля IT700 от Yitran, которая выполняет DCSK-модуляцию, обеспечивая надежную связь на скоростях до 7,5 Кбит/с.

 

Рис. 2. Стек PLC-протокола Y-Net основан на эталонной 7-уровневой модели OSI

 

Примеры реализации

Производители таких изделий как блоки питания и модули драйверов для систем освещения устанавливают PLC-контроллер IT700 во встраиваемый блок связи. Но Yitran предлагает и более простой метод реализации с использованием подключаемого модуля на печатной плате IT700 PIM, который оснащен аналоговыми цепями, интерфейсами микроконтроллера и источника питания, а также сетевым разъемом. Yitran также поставляет готовый источник питания для этого модуля.
В качестве альтернативы приведенному примеру можно привести стек протокола Embedded Communications Software Stack (ECSS) от компании ADD Semiconductor. Стек ECSS обеспечивает интерфейс физического уровня и функционал MAC (medium access control — управление доступом к среде). ECSS реализован в системе на кристалле ADD1010 с восемью программируемыми частотами несущей в диапазонах CENELEC A, B и C и программируемыми скоростями передачи данных до 4,8 Кбит/с. Компания Cypress Semiconductor, выпустившая серии встраиваемых PLC-модемов CY8CPLC10 и CY8CPLC20, также обеспечивает поддержку широкого ряда приложений по управлению освещением.

Готовность средств управления освещением по электросетям

На техническом уровне представляется вполне возможным создать систему, которая управляет светотехническим оборудованием по линиям электропередачи. Такие производители микросхем как Yitran, ADD Semiconductor и Cypress уже предлагают модули как стандартные элементы для реализации стека протокола, поддерживающего приложения по управлению освещением. У производителей светильников, модулей драйверов и другого светотехнического оборудования возникают вопросы чисто коммерческого порядка: стоит ли идти на риск, создавая изделия с поддержкой того PLC-протокола, который в дальнейшем не найдет широкого применения? Будет ли этот протокол удовлетворять всем требованиям городских администраций, компаний, осуществляющих техническое обслуживание, энергетических предприятий и конечных потребителей?
По правде говоря, простого ответа на этот вопрос нет, т.к. всегда при появлении стандарта от первопроходцев требуются решительные действия по обновлению уже существующих технологий и дальнейшие шаги, тогда как более осторожные участники рынка ждут готовых решений. В этой ситуации всегда сохраняется риск того, что выбранный протокол для уже произведенного оборудования не получит широкой отраслевой поддержки. В то же время у производителей имеется возможность создать такие изделия, которые на ранних этапах становления рынка найдут спрос, т.к. потребность в интеллектуальных системах управления уличным и внутренним освещением на предприятиях назрела уже давно.
Протоколы Y-Net и ECSS составлены технически безупречно, и у них имеются все шансы стать стандартами в светотехнической индустрии. Вполне возможно, что вопрос о том, какой из них станет самым предпочтительным, решит несколько крупнейших производителей светотехнического оборудования. С другой стороны, неуспех этих протоколов в деле стандартизации может стать причиной оживления существующих проводных стандартов, например, Dali и DMX, которые, однако, удовлетворяют требованиям к совместимости оборудования при большей стоимости.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *