Системы автоматического управления освещением. Разработка системы автоматического управления отоплением, вентиляцией и освещением производственного помещения

Инфраструктура любого жилого, промышленного или административного объекта предполагает наличие наружного освещения. Система должна работать безопасно и бесперебойно. На выполнение этой задачи нацелено управление наружным освещением.

Функции уличного освещения

Вне зависимости от масштаба объекта - будь это придомовая территория или автомагистраль - его нужно освещать в темное время суток. Свет нужен для безопасного передвижения жильцов дома, обеспечения движения автотранспорта, декоративной подсветки зданий или их отдельных элементов, освещения рекламы на билбордах и т. д.

Что касается частного жилья, помимо освещения подъезда к дому, подсветка выполняет следующие функции:

• общее освещение территории (важно с точки зрения безопасности);
• освещение ступенек в дом;
• подсветка пешеходных дорожек;
• освещение локальных участков (например, возле беседки);
• декоративная подсветка архитектурных и ландшафтных особенностей участка.

Особенно стоит отметить защитную роль уличного освещения. Благодаря хорошей видимости появляется возможность визуального контроля за территорией (в том числе техническими средствами). Яркий свет отпугивает людей с плохими намерениями. В освещенном дворе любой объект заметен: не каждый злоумышленник решится на несанкционированное проникновение.

Методы управления уличным освещением

На практике используется три способа управления светом: ручное, дистанционное и автоматическое.

Ручное управление

Включение и выключение уличных светильников осуществляется в ручном режиме. Каждый источник света или их группа управляется оператором непосредственно на месте.

Этот способ самый древний. Издавна фонарщики подходили к каждому фонарю (газовому или масляному) и зажигали столб, а позднее - гасили. Даже сегодня во дворах частных домов используется ручное управление наружным светом. Однако в коммунальных службах управлять светом в ручном режиме невозможно из-за масштабов работы, поэтому такой способ используется только в экстренных случаях (например, при выполнении ремонта).

Удаленный контроль

С течением времени технологии развивались - вместо фонарщиков управлять освещением стали служащие энергораспределительных сетей. Делали работники служб это дистанционно, включая или выключая рубильник. В результате действий напряжение подается в сеть или, наоборот, прекращается.

Автоматическое управление

Управление с помощью автоматики - наиболее продвинутый способ управления светом. Включение и выключение света осуществляется за счет использования датчиков, действующих по определенному алгоритму. В результате система освещения работает без непосредственного участия человека.

Переход на автоматическое управление вызван изменением технологического процесса. Напряжение к потребителям поступает при участии локально расположенных трансформаторных станций. На этих объектах происходит преобразование высоковольтного напряжения в напряжение нужной величины.

Существует два обстоятельства, диктующих переход на автоматическое управление:

1. Чаще всего строить отдельные подстанции для уличного освещения экономические невыгодно. Нынешние трансформаторы преобразуют напряжение для всех потребителей электричества на заданной территории.
2. Для централизованного контроля за включением и отключением светильников понадобилось бы подтягивать к каждой подстанции отдельный кабель, что только повысит и без того большие расходы.

В связи с этим начался массовый переход на автоматические системы. В самом начале развития технологии принцип управления был прост: на подстанциях монтировались приборы, контактирующие с датчиками освещенности.

Со временем стали видны изъяны такого подхода:

• некорректное срабатывание при неверной калибровке;
• фонари часто гасли в темное время из-за света фар от проезжающих машин или даже от лунного света;
• если датчик покрывался снегом, грязью или льдом, происходило ложное срабатывание светильника;
• датчики нередко выходили из строя.

Еще один недостаток датчиков освещенности - линейность технологии. Свет не обязательно нужен даже в темное время суток, если на территории отсутствуют движущиеся объекты.

Чтобы как-то оптимизировать технологию, датчики стали объединять с временными реле. В результате таймер включал и выключал светильники в определенное время. Например, освещение работало с 10 часов вечера до четырех часов утра.

Позднее появились астрономические реле. В таких устройствах программа по определенному алгоритму рассчитывает время заката и рассвета. На основании расчета происходит управление освещением.

Датчики освещенности по-прежнему используются. Приборы актуальны для управления светом при неожиданном снижении естественной освещенности (например, туман).

На сегодняшний день наиболее популярны автоматические системы на основе цифровых технологий, где сочетаются автоматика и ручное управление.

Устройство автоматической системы

Аппаратная часть оборудования состоит из таких уровней:

1. Верхний уровень представляет собой панель диспетчерского пункта. Управляется диспетчером. На панель приходит информация с нижестоящих систем. На верхнем уровне производится коррекция параметров программы или предпринимаются иные управленческие действия.
2. К нижнему уровню относится электрощит, расположенный на участке освещения. Щиты предназначены для коммутации работы светильников и контролируют их функционирование без участия человека.

Процесс управления осуществляется с участием зонального контроллера или серверного оборудования. Контроллер служит для образования сигнала на подключение группы уличных светильников.

Существует несколько способов коммутации между верхними и нижними уровнями:

1. Модемный канал. Связь выполняется по телефонной линии. Это самый финансово доступный способ коммутации. Прокладка выделенной линии - достаточно затратное мероприятие.
2. GSM-канал. Уличным освещением можно управлять при помощи системы глобального позиционирования или устройства, позволяющего точно определять время восхода и заката. Контроллер включается за 20 минут до заката и отключается за 15 минут до рассвета. Оборудование стоит недорого, однако сама связь будет стоить немалых денег.
3. LAN-канал. Способ связи, где блок управления и диспетчерский пункт контактируют через витую пару. Связь бесплатна, однако придется прокладывать кабель к каждому шкафу. Технология актуальна только при близком расположении оборудования разных уровней.
4. Радиоканал. Оборудование стоит дорого, связь бесплатна. Недостаток - неустойчивость к помехам.

Возможности автоматики

Автоматизированная система управления наружным светом позволяет решать целый ряд задач. Условно их можно разделить на две группы - управленческие функции и контрольные.

Функции управления:

1. Включение и выключение светильников.
2. Программирование работы приборов по времени или реакции датчиков.
3. Фазовые переключения на электролиниях.
4. Принудительная перезагрузка микропроцессоров в шкафе управления.

Функции контроля:

1. Проверка состояния линий подключения.
2. Контроль линий ввода.
3. Контроль работы контакторов и выходных автоматов-выключателей.
4. Наблюдение за приборами учета расхода электричества.
5. Мониторинг несанкционированного доступа в шкаф.
6. Проверка состояния линии.
7. Изучение неисправностей системы.
8. Слежение за наличием возгораний.

Системы управления уличным светом оснащаются встроенными источниками электропитания. Если отключается напряжение, система может работать еще не меньше часа. Во многих системах предусмотрена не только передача данных об изменениях параметров, но и дублированное сохранение информации.

Шкаф управления

Шкаф управления наружным освещением (ШУНО) - центральное звено системы, где сосредоточены все схемы, распределяющие нагрузки и контролирующие процесс освещения. Через шкаф осуществляется защита фотореле от замыкания и перепадов напряжения.

На схеме показана работа ящика управления, где 1 - электросчетчик, 2 - замок, 3 - защитный барьер, 4 - шкаф.

Главная задача шкафа - контроль за срабатыванием реле исходя из времени суток, управление с помощью пульта и регулировка яркости свечения после подключения реле.

Шкафы функционируют в таких управленческих режимах:

1. Местное управление (обычный таймер, астротаймер или иное определяющее устройство).
2. Каскадная система управления напряжением 220 В/50 Гц. Управление осуществляется по особому сигнальному проводнику от другого шкафа или пульта.
3. Местное управление.

Подбор режимов производится при участии имеющихся органов управления. В шкафах есть раздельный контроль ночного освещения (три однофазных линии) и дополнительное ночное освещение (три однофазных линии в электрощитах на 100 А и шесть в щитах на 250 А). Шкафы оснащаются внутренней подсветкой при помощи лампочки накаливания на 40 – 60 Вт.

Если позволяют финансовые возможности проложить кабель к каждому уличному светильнику с реле, один из шкафов размещают внутри здания, а второй - на въезде в участок. Однако щиты будут работать одновременно, в результате чего каждый блок станет потреблять электроэнергию как полноценный кабельный канал.

Рекомендуется такая схема: первый шкаф размещают у ворот, подключив к его контроллеру светильники с датчиками движения и фотореле. Второй шкаф устанавливается внутри дома. С него будет осуществляться дистанционный контроль (с помощью пульта).

Оптимальной будет следующая система: первый шкаф устанавливают у ворот, и подключают на его контроллер фонари с датчиками движения с фотореле, стоящие вдоль дорожки. Второй шкаф ставится непосредственно внутри помещения - отсюда будет вестись дистанционное управление. Схема простая: к каналу, который идет в блок контроля, подключены определенные светильники, а с пульта подается сигнал. Щит позволяет передавать команды для автоматического отключения тока по периметру участка.

Системы управления

Светильники с газоразрядными лампочками управляются традиционным образом. Для этого применяются балласт и балластное сопротивление. Технология основана на установлении предела мощности светотехнического оборудования. Ограничение - номинал.

Магнитный или индукционный балласт

Магнитные балласты (индукционные) работают по следующему принципу: ток выступает в качестве разжигающего элемента для газоразрядной лампочки. Индукционный балласт необходим для ограничения мощности источника света за счет сопротивления индуктивности.

Минус магнитных балластов: смещение фазы между напряжением и электрическим током, из-за чего меняется световой поток.

Для запуска реакции иногда используется так называемое импульсное зажигающее устройство. На картинке внизу показана схема с использованием ИЗУ.

Электронный балласт

Низкочастотные или высокочастотные электронные балласты квалифицируются как традиционный тип управления. В них отсутствует стартер. Благодаря электронному балласту улучшается эффективность светильника, так как уменьшается вес прибора и снижается расход электричества. Такие устройства отличаются низкой шумностью. Минус электронных балластов - искаженность гармоник, что ухудшает качество радиоволн. На рисунке внизу показана схема подключения электромагнитного ПРА.

За счет использования электронных балластов удается достичь качественного розжига лампочки и поддержания заданного уровня напряжения. Устройство обычно оснащается средствами дистанционного управления.

Недостаток электронных балластов в том, что лампы и фотоэлементы подвержены загрязнению, из-за чего отзывчивость устройства снижается. Возможны сложности с калибровкой датчика.

Для повышения экономической эффективности предприятия компания Эконекс предлагаем вашему вниманию управление освещением на производстве Exonex Smart, работающая совместно с светодиодными светильниками Econex. Посмотрите фактически, что происходит в отрасли светодиодного освещения – имея умный гибкий и управляемый продукт мы используем его по старинке в режиме вкл/выкл.

Рисунок №1.

Пример классического «ручного» у правления освещением на производстве . Выключатели находятся в ЩО1. Электромонтер (или иной специалист) дол-жен отслеживать график работы объекта (начало, конец рабочего дня, обед, технологические перерывы и т.д.) и производить частичное или полное отключение освещения.

При изменении интенсивности солнечного света (разные времена года), а так же при изменении уровня естественной освещенности (облачная погода, тучи), электромонтер должен постоянно включать или выключать полностью или частично освещение в цехе. Это все в идеальном случае. А на практике все происходит далеко от идеала, в лучшем случае освещение включают в начале рабочего дня, а выключают в конце рабочего. а то и вовсе осветительные приборы работаю круглые сутки.

Рисунок №2.

Производство, в котором управление освещением осуществляется от двух и более щитов. На практике цеха могут достигать значительных размеров (сотни метров в длину). Электромонтеру придется большую часть своего времени тратить на «походы» от щита освещения к щиту. Часто освещение нескольких цехов работает постоянно, в не зависимости от потребности освещения на текущий момент.

Автоматизированная система управления освещением Econex Smart для управления освещением цеха позволяет :
- ручное регулирование освещенности на рабочий местах
- автоматический учет присутствие людей в освещаемом помещении (включение в присутствии людей);
- автоматическое обеспечение постоянной освещенности на рабочих местах с учетом интенсивности естественного света.
- управление освещение согласно временным графикам (суточным, недельным и т.д.).
Управление наружными осветительными установками:
- включение и выключение светильников полностью или по группам, дискретное или плавное регулирование их светового потока.

Система управления освещением на производстве решает следующие важнейшие задачи :
- экономия электроэнергии
- улучшение комфортности освещения
- повышение безопасности (снижение травматизма на производствах)
- увеличение сроков службы осветительных приборов и источников света.
- мониторинг и диагностика осветительных установок
- ручное регулирование освещенности на рабочих местах
- автоматический учет присутствие людей в освещаемом помещении (включение в присутствии людей)
- автоматическое обеспечение постоянной освещенности на рабочих местах с учетом интенсивности естественного света
- управление освещение согласно временным графикам (суточным, недельным и т.д.)
- включение и выключение светильников полностью или по группам, дискретное или плавное регулирование их светового потока

Экономия электроэнергии в осветительных установках лри различный варианта к управления:

1 – ручное управление
2 – ручное управление + датчики присутствия

3 – автоматическое регулирование светового потока ламп в зависимости от интенсивности естественного света

4 – комбинация вариантов 2+3+контроллер с часами реального времени

Рисунок № 4.

Пример управления освещением на производстве без окон при помощи светодиодных светильников Econex и автоматической системы управления освещением Econex Smart.
При правильном проектировании и монтаже оборудования система будет автоматически поддерживать необходимую освещенность производственных помещений.

Рисунок № 5.

Пример управления освещением на производстве с окнами при помощи светодиодных светильников Econex и автоматической системы управления освещением Econex Smart.

Помещение имеет одно боковое окно с солнечной стороны. В этом случае система Econex Smart автоматически будет регулировать световой поток светодиодных светильников для достижения необходимых (заданных) показателей освещенности.

Система автоматического управления освещением на производстве Econex Smart может быть выполнена в 3х вариантах комплектации:

- минимальная
- оптимальная
- максимальная

На рисунке №6, представлен самый простой вариант, который состоит из светодиодных светильников Econex с радиомодулями, блока управления и пользовательского устройства (персональный компьютер, планшет и т.п.).
Светильники получают и передают информацию в Блок управления по радиоканалу.
Блок управления подсоединяется к пользовательскому устройству посредством радиоканала (Wi-Fi и др.), через беспроводной интернет (USB-модем) или при помощи проводной линии.
В данном варианте возможно только управление осветительной установкой в ручном или автоматическом режиме (по расписанию).

Рисунок №7.

В оптимальном варианте в систему автоматического управления освещением добавляются различные датчики (освещенности, присутствия)

Так же в систему можно добавить счетчик электроэнергии для учета потребленной электроэнергии осветительной установкой, а так же для контроля качества электроэнергии.

Все дополнительные устройства могут интегрироваться в систему посредством радиоканала.

Рисунок №8.

В максимальном варианте автоматическая система управления освещением имеет многоуровневую структуру, пример которой представлена на слайде.

Возможности системы:
- управление освещением в ручном и автоматическом режиме (по графику, по фактической освещенности, по присутствию людей и т.д.)
- учет электрической энергии и параметров электрической сети
- сохранение и обработка статистических данных (режимов работы системы, аварийных режимов и т.д.)
- синхронизация и управление осветительной установки и технологических процессов.

Рисунок №9.

На рисунке №9 приведен условный пример плана осветительной установки промышленного объекта.

На плане все светильники разбиты на зоны освещения. Каждая зона может управляться вручную или меть индивидуальные настройки автоматического управления, а также может быть согласована с внешними устройствами (датчиками освещенности, присутствия, технологическими датчиками и т.д.)

На рисунке №10 показан пример настройки помещения в ПО Econex Smart.

В данном ПО вводится каждый объект системы (светильники, датчики и т.д.). Каждый объект имеет уникальный индикационный номер.
Светильники могут объединяться в зоны. Для каждой зоной или отдельным светильником можно управлять вручную при помощи кнопок на панели инструментов, а можно назначить автоматических режим работы (по графику с учетом или без учета внешних факторов, таких как освещенность, присутствие персонала, режимов работы оборудования).

Рисунок №11

На слайде показан пример суточных графиков работы осветительной установки (зоны, нескольких или всех зон, отдельный светильник)

На верхнем графике показан режим работы осветительной установки по стандартному 8-ми часовому графику.
В нерабочее время с 17 до 8 часов осветительная установка работает в дежурном режиме на 10% своей мощности.
В 8 часов, в начале работы объекта, и после обеда, с 13 до 17 часов, светильники переключаются на 80% мощность.
В обед, с 12 до 13 часов, светильники переходят в дежурный режим 20%.

На нижнем графике приведен более сложный график работы освети-тельной установки по 2-х сменному рабочему графику и с учетом светового дня с 8 до 18 часов.

Расход электроэнергии на цели освещения может быть заметно снижен достижением оптимальной работы осветительной установки в каждый момент времени.

Добиться наиболее полного и точного учета наличия дневного света, равно как и учета присутствия людей в помещении, можно, применяя средства автоматического управления освещением (СУО) . Управление осветительной нагрузкой осуществляется при этом двумя основными способами: отключением всех или части светильников (дискретное управление) и плавным изменением мощности светильников (одинаковым для всех или индивидуальным).

К системам дискретного управления освещением в первую очередь относятся различные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры. Принцип действия первых основан на включении и отключении нагрузки по сигналам датчика наружной естественной освещенности .

Вторые осуществляют коммутацию осветительной нагрузки в зависимости от времени суток по предварительно заложенной программе.

К системам дискретного управления освещением относятся так­же автоматы, оснащенные датчиками присутствия . Они отключают светильники в помещении спустя заданный промежуток времени после того, как из него удаляется последний человек. Это наиболее экономичный вид систем дискретного управления, однако к побочным эффектам их использования относится возможное сокра­щение срока службы ламп за счет частых включений и выключений.

Системы плавного регулирования мощности освещения по своему устройству несколько сложнее. Принцип их действия поясняет рисунок.

В последнее время многими зарубежными фирмами освоено производство оборудования для автоматизации управления внутренним освещением. Современные системы управления освещением сочетают в себе значительные возможности с максимальным удобством для пользователей.

Автоматизированные системы управления освещением , предназначенные для использования в общественных зданиях, выполняют следующие типичные для этого вида изделий функции:

Точное поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне . Достигается это введением в систему управления освещением фотоэлемента, находящегося внутри помещения и контролирующего создаваемую осветительной установкой освещенность. Уже только одна эта функция позволяет экономить энергию за счет отсечки так называемого "излишка освещенности".

Учет естественной освещенности в помещениии . Несмотря на наличие в в подавляющем большинстве помещений естественного освещения в светлое время суток, мощность осветительной установки рассчитывается без его учета.

Если поддерживать освещенность, создаваемую совместно осветительной установкой и естественным освещением, на заданном уровне, то можно еще сильнее снизить мощность осветительной установки в каждый момент времени.

В определенное время года и часы суток возможно даже использование одного естественного освещения. Эта функция может осуществляться тем же фотоэлементом, что и в предыдущем случае, при условии, что он отслеживает полную (естественную + искусственную) освещенность. При этом экономия энергии может составлять 20 - 40%.

Учет времени суток и дня недели. Дополнительная экономия энергии в освещении может быть достигнута отключением осветительной установки в определенные часы суток, а также в выходные и праздничные дни. Эта мера позволяет эффективно бороться с забывчивостью людей, не отключающих освещение на рабочих местах перед своим уходом. Для ее реализации автоматизированная система управления освещением должна быть оборудована собственными часами реального времени.

Учет присутствия людей в помещении. При оборудовании системы управления освещением датчиком присутствия можно включать и отключать светильники в зависимости от того, есть ли люди в данном помещении. Эта функция позволяет расходовать энергию наиболее оптимально, однако ее применение оправдано далеко не во всех помещениях. В отдельных случаях она может даже сокращать срок службы осветительного оборудования и производить неприятное впечатление при работе.

Получаемая за счет отключения светильников по сигналам таймера и датчиков присутствия экономия электроэнергии составляет 10 - 25 %.

Дистанционное беспроводное управление осветительной установкой . Хотя такая функция не является автоматизированной, она часто присутствует в автоматизированных системах управления освещением благодаря тому, что ее реализация на базе электроники системы управления освещением очень проста, а сама функция добавляет значительное удобство в управлении осветительной установкой.

Методами непосредственного управления осветительной установкой является дискретное включение/отключение всех или части светильников по командам управляющих сигналов, а также ступенчатое или плавное снижение мощности освещения в зависимости от этих же сигналов.

Ввиду того, что современные регулируемые электронные ПРА имеют ненулевой нижний порог регулирования, в современных автоматизированных системах управления освещением применяется комбинация плавного регулирования вплоть до нижнего порога с полным отключением ламп в светильниках при его достижении.

Системы автоматического управления освещением, условно можно разделить на два основных класса - так называемые локальные и централизованные .

Для локальных систем характерно управление только одной группой светильников, в то время как централизованные системы допускают подключение практически бесконечного числа раздельно управляемых групп светильников.

В свою очередь, по охватываемой сфере управления локальные системы могут быть подразделены на "системы управлении светильниками" и "системы управления освещением помещений" , а централизованные - на специализированные (только для управления освещением) и общего назначения (для управления всеми инженерными системами здания - отоплением, кондиционированием, пожарной и охранной сигнализацией и т.д.).

Локальные "системы управления светильниками" в большинстве случаев не требуют дополнительной проводки, а ино­гда даже сокращают необходимость в прокладке проводов. Конструктивна они выполняются в малогабаритных корпусах, закрепляемых непосредственно на светильнике или на колбе одной из ламп. Все датчики, как правило, составляют один электронный прибор, в свою очередь, встроенный в корпус самой системы.

Часто светильники, оборудованные датчиками, обмениваются между собой информацией по проходам электрической сети. За счет этого даже в случае, если в здании остался единственный человек, находящиеся на его пути светильники останутся включенными.

Централизованные системы управления освещением

Централизованные системы управления освещением, наиболее полно отвечающие названию "интеллектуальных", строятся на основе микропроцессоров, обеспечивающих возможность практически одновременного многовариантного управления значительным (до нескольких сотен) числом светильников. Такие системы могут применяться либо только для управления освещением, либо также и для взаимодействия с другими системами зданий (например, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления и солнцезащитных ограждений).

Централизованные системы выдают также управляющие сигналы на светильники по сигналам ло­кальных датчиков. Однако преобразование сигналов происходит в едином (центральном) узле, что предоставляет дополнительные возможности вручную управлять освещением здания. Одновременно существенно упрощается ручное изменение алгоритма работы системы.

При системах централизованного дистанционного или автоматического управления освещением питание цепей управления разрешается от линии, питающей освещение.

Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения, управление рабочим освещением должно обеспечивать включение и отключение светильников группами или рядами по мере изменения естественной освещенности помещений.

Существующий ассортимент автоматизированных систем управления освещением (СУО) делится на три класса:

1) СУО светильника - простейшая малогабаритная система, конструктивно являющаяся частью светильника и управляющая только либо одной группой нескольких близлежащих светильников.

2) - самостоятельная система, управляющая одной или несколькими группами светильников в одном или нескольких помещениях.

3) СУО здания - централизованная компьютеризованная система управления, охватывающая освещение и другие системы целого здания или группы зданий.

Большинство компаний-производителей систем управления освещением (СУО) светильников изготовляют эти системы в виде отдельных блоков, которые могут быть встроены в светильники различных типов.

Безусловным преимуществом СУО светильников является простота их монтажа и эксплуатации, а также надежность. Особенно надежны СУО, не требующие электропитания, так как выходу из строя наиболее подвержены блоки питания СУО и энергопотребляющие микросхемы.

Однако если требуется управлять осветительными установками крупных помещений или, например, стоит задача индивидуального управления всеми светильниками в помещении, СУО светильников оказываются достаточно дорогим средством управления, так как требуют установки одной СУО на один светильник. В этом случае удобнее использовать , которые содержат меньше электронных компонентов, чем требуется в предыдущем случае, и поэтому более дешевы.

представляют собой блоки, размещаемые за подвесными потолками или конструктивно встраиваемые в электрические распределительные щиты. Системы этого типа, как правило, осуществляют одну функцию или фиксированный набор функций, выбор между которыми производится перестановкой переключателей на корпусе или выносном пульте управления системы.

Подобные СУО относительно просты в изготовлении и обычно построены на дискретных логических микросхемах. Датчики СУО помещений всегда являются выносными, они должны быть размещены в помещении с управляемыми осветительными установками и к ним необходима специальная проводка, что представляет собой определенное практическое неудобство.

Установка автоматической системы управления освещением является одним из самых эффективных методов повышения энергоэффективности для офисов, производственных или торговых помещений, городских улиц и парков.

Для начала давайте определимся с формулировками. Что такое «система управления освещением» ? Это интеллектуальная сеть, которая позволяет обеспечить необходимое (заданное) количество света в тех местах, где это необходимо и в тот момент, когда это нужно. Она включает в себя светильники, датчики и прочие вспомогательные устройства, объединенные в единую интеллектуальную структуру, которая может работать в автономном режиме либо в режиме ручного управления. Системы автоматического управления светом часто встречаются под названием «умное освещение».

Системы автоматического управления светодиодным освещением от DURAY

Основные сферы, в которых на сегодняшний день применяются системы управления:

• управление светильниками одной комнаты, одного офисного помещения;
• управление любым количеством светильников в офисных зданиях, на производственных предприятиях, в жилых комплексах, торгово-развлекательных и спортивных центрах;
• управление освещением городских улиц и парков.

0 - 10V Dimming System

Одна из базовых систем управления освещением. Диммер 1-10В (0-10В) управляет источниками питания каждого светильника путем передачи сигнала низкого напряжения 1-10В (0-10В) постоянного тока. При минимальном уровне напряжения устройство будет выключено, либо станет работать с минимальным уровнем светового потока, это зависит от применяемой модели источника питания. При 10 В светодиодный светильник будет работать на 100% яркости, давая свой номинальный световой поток.

Такая система управления может применяться для поддержания оптимального уровня яркости светильников в зависимости от уровня естественного освещения. В светильниках производства АО «Дюрэй» в качестве регулятора яркости может использоваться потенциометр 100 кОм.

PUSH Dimming System

Управление освещением в отдельной комнате / офисном помещении

Является одним из базовых типов димминга, предлагаемых на рынке. Подходит для использования в помещениях малого и среднего размера. Эта система проста и не требует применения специальных цифровых контроллеров. Для работы системы PUSH Dim необходим кнопочный переключатель типа «нормально открытый» («normally open»). При коротком нажатии светильник включается или выключается, а при длительном меняет яркость в большую или меньшую сторону.

DALI Easy

Управление группой светильников в отдельной комнате / офисном помещении

Открытый протокол DALI специально разработан для гибкой настройки систем управления освещением. На его основе можно внедрять системы практически любой сложности, с очень широким набором функций и сценариев работы.

Одним из преимуществ протокола DALI является устойчивость к аналоговым помехам (которые характерны для систем управления по 0-10В), благодаря большой амплитуде цифрового управляющего сигнала, что важно для корректной работы управляемого светильника. Другой плюс системы в том, что она не требует дополнительного реле, управляющего включением светильника. Управление осуществляется только по цифровой шине DALI, без дополнительных устройств, что несколько упрощает систему управления и снижает ее конечную стоимость.

Устройства DALI делятся на контроллеры (ведущие) и подчиненные (ведомые). Обмен командами по сети инициируется контроллерами, подчиненные устройства отвечают на их запросы. Максимальное количество подключаемых устройств DALI не превышает 64 (в зависимости от источника питания).

DALI no limits

Управление системой освещения с любым количеством светильников

Система управления освещением DALI может быть интегрирована в другие системы автоматизации зданий.

Каждая линия DALI допускает использование до 64 независимых устройств. Для построения более масштабных систем требуется использование DALI-роутеров, которые позволяют объединять неограниченное количество устройств DALI.

Система разделяется на разные управляемые группы, подгруппы в зависимости от конкретных задач. Конфигурация оборудования в них может содержать разнообразные устройства для автоматизации освещения всего здания: блоки питания и контроллеры DALI, DALI-роутеры, датчики присутствия и освещенности, DALI-реле, кнопочные интерфейсы DALI и т.д.

Преимущество данной системы – это ее масштабируемость, возможность управления освещением по шине DALI от отдельных помещений до всего здания. Система позволяет управлять неограниченным числом светильников и создавать сценарии работы для них.

В статье мы разобрали основные системы управления освещением. Более подробную информацию можно получить у специалистов компании Дюрэй по тел. 8-800-500-2808 или .

При современном уровне развития инфраструктур использование лишь одного способа управления осветительными сетями является не рентабельным. Необходима интеграция всех способов управления освещением в общую многоструктурную систему, которая вмещала бы в себя и местное, и дистанционное управление, и при этом была, как на ручном, так и на автоматическом режиме контроля.

Подобное решение вызвано возможностью получить более разумное распоряжение ресурсами осветительных сетей. Подобные системы ценятся за их экономические преимущества. Расход электроэнергии на цели освещения заметно снижается не только благодаря достижению оптимальной работы осветительной установки в каждый момент времени, поскольку соблюдается четкость работы автоматики по расписанию, но благодаря более надежной системе, построенной из современных электронных компонентов, требующих меньше затрат на свое обслуживание. Происходит снижение стоимости монтажных работ, поскольку сокращаются затраты на материал и их установку.

Для построения таких систем понадобятся автономные программируемые контроллеры. Автономные контроллеры являются интеллектуальными устройствами, способными выполнять сложные функции, связанные с управлением и сбором данных, а также способными к принятию решений на основании текущих состояний системы и процессов. Чтобы все это делать, они, во-первых, должны программироваться. Программа интерпретируется и исполняется устройством, так что устройство в каждый момент времени "знает", что ему делать.

Будучи запрограммированным, автономное устройство может продолжать работать, производя измерения сигналов с датчиков, записывая данные в память и выполняя функции контроля и управления, даже если главный компьютер не подключен или не работает.

Возможны два способа программирования автономных контроллеров и передачи на ПК полученных данных, либо с помощью коммуникационного интерфейса связи, будь то RS-232, RS-485, Ethernet и прочие, либо с помощью портативных карт памяти.

Эта гибкость в программировании позволяет автономным контроллерам работать в разных режимах, которые определяются месторасположением устройства и объемом сохраняемых данных, а также наличием питания:

§ Автономная работа, когда с помощью карт памяти или портативных ПК (ноутбуков) производится периодическое обновление данных и программирование (при необходимости);

§ Он-лайновая работа с главным ПК, когда производится передача данных и программирование (при необходимости);

Если приложение требует большее количество датчиков, чем может поддерживать автономный контроллер, причем датчики распределены по большой территории, то может потребоваться сеть распределенных контроллеров. Каждый режим работы, использующий только один контроллер, также должен быть применим, если дополнительные устройства подключены в виде части распределенной сети.

Наиболее распространенной конфигурацией системы, обеспечивающей максимальную надежность системы, является прямое соединение с главным ПК с помощью коммуникационного интерфейса связи.

Эта конфигурация позволяет частую передачу данных на ПК, постоянное отслеживание опасных условий и онлайновый контроль системы. Наиболее часто такая система реализуется в условиях заводов и промышленных предприятий, когда критические процессы должны постоянно отслеживаться и регулироваться. Максимальное расстояние, на котором контроллер может находиться от главного ПК, зависит от скорости передачи информации через коммуникационный интерфейс. Если единственный контроллер подключен непосредственно к главному ПК, то такая система может быть настроена на передачу данных, как только они появятся.

Если приложение требует более одного контроллера и все устройства распределены на большой реальной площади, например на промышленном предприятии или на заводе, то контроллер может быть настроен как часть распределенной многоточечной сети RS-485. Одно единственное устройство, вынужденное быть главным или локальным, может быть подключено непосредственно к главному компьютеру.

Достоинством такого подключения является то, что остальные главные ПК или терминалы могут быть подключены к портам других контроллеров, что еще больше увеличит надежность системы.

Как часто собранные данные будут передаваться на ПК, зависит, во-первых, от важности для управляемой системы или процесса немедленного анализа данных и, во-вторых, от того, сколько памяти имеет устройство и насколько быстро она заполняется.

Быстрое заполнение памяти важно по двум причинам. В случае неисправности главного ПК или коммуникационного интерфейса устройство должно иметь достаточно памяти, чтобы обеспечить запись всех данных и продолжить работу без потери данных. Кроме того, устройство, подключенное к главному ПК через многоточечную сеть, может возвращать данные только по требованию с ПК. Если к главному компьютеру подключено большое количество устройств, то память каждого устройства должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить запись данных и продолжать работу без потери данных до тех пор, пока главный компьютер в очередной раз не потребует передать к нему данные.

Не рассматривая специфические ограничения, рекомендуется обновлять данные максимально часто, поскольку любая ошибка датчика, неисправность источника питания или проблема с самим устройством будут сразу обнаружены и тем самым увеличена надежность системы. Кроме того, частое обновление данных поможет минимизировать шанс того, что данные могут быть потеряны вследствие неисправности устройства, например из-за неисправности памяти, питающейся от батарей.

Важной особенностью, которая наделяет автономные программируемые контроллеры производительностью и гибкостью при их использовании в качестве автономных устройств или в качестве распределенной сети, по существу, является их относительная сложность аппаратного обеспечения. Упрощенная блок-схема типичного автономного программируемого контроллера показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Упрощенная блок-схема автономного программируемого контроллера.

Сердцем автономной системы является микропроцессор или микроконтроллер. В совокупности со встроенным программным обеспечением (программы, "зашитой" в ПЗУ) он обеспечивает все управление и работу системы. Важно представлять различие между микропроцессорами и микроконтроллерами. Микропроцессор является просто центральной частью компьютера, занимающейся обработкой данных, в которую не входят память, схемы ввода/вывода и периферия, необходимая для образования полной системы. Все остальные интеллектуальные системы (ИС) в ПК предназначены для того, чтобы обеспечить его теми функциями, которые не реализует ИС самого микропроцессора. Однако если микропроцессор дополнен схемой ввода/вывода, памятью и периферией, то эта совокупность уже называется микроконтроллером.

Микроконтроллер, по-видимому, является наиболее распространенным вариантом автономной системы, поскольку он обеспечивает все необходимые функции с помощью ИС. Одним из достоинств микроконтроллеров являются низкая стоимость, уменьшенное количество ИС и, следовательно, небольшие размеры печатной платы.

Долговременная память, используемая для хранения результатов измерений с датчика и параметров контроля, является важным элементом автономной системы. Обычно для хранения данных используется оперативная память с произвольным доступом (ОЗУ), которая требует наличия резервной батареи, необходимой на случай нарушения питания.

Аналогично ОЗУ в автономных системах для хранения результатов измерений и данных, необходимых для управления системой, используются также сменные карты памяти. Хотя имеется большое количество производителей карт, наиболее популярными картами для использования в подобных устройствах стали SD карты.

Важным достоинством карт памяти в автономных системах является возможность извлечения заполненной карты и замены ее пустой в полевых условиях, что обеспечивает очень удобный механизм переноса данных. Впоследствии карту памяти можно вынуть из устройства и перенести данные, находящиеся на ней, на любой компьютер. Кроме того, карты памяти позволяют пользователю покупать и устанавливать карты такой емкости, которая требуется для конкретного применения.

Если пустую карту памяти вставить в автономное устройство, то все данные из внутренней памяти будут перенесены на карту памяти, и запись будет продолжаться до заполнения карты памяти. При удалении карты памяти запись данных продолжится во внутреннюю память. Если же в устройство вставить частично заполненную карту памяти, то запись будет производиться во внутреннюю память.

Для экономии места данные записываются в фиксированном 24-разрядном формате с плавающей запятой. Для идентификации даты и времени записи в начале каждого блока данных используется заголовок фиксированной длины. При передаче данных идентифицирующий заголовок используется пользователем для интерпретации данных и дополнительной информации. Поэтому расписания не могут быть изменены, когда данные уже записаны. При использовании закодированных заголовков и данных фиксированной длины записи объем необходимых данных значительно уменьшается.

В автономных устройствах память фиксирована и ее объем неизменен. Используются два режима записи данных - режим остановки при заполнении памяти и режим перезаписи. То есть запись данных останавливается, как только память будет заполнена. Это позволяет сохранить данные в том порядке, в каком они были записаны, при этом самые последние данные не записываются. Если имеется карта памяти, то внутренняя память используется только после заполнения карты памяти.

А если брать режим перезаписи, то в этом режиме записи данных вся память организована в виде кольцевого буфера. При заполнении памяти самые старые данные могут быть переписаны новыми

Встроенная операционная система, или "зашитая" программа автономного устройства хранится в памяти, предназначенной только для чтения (ПЗУ), или в памяти, которую можно перепрограммировать (ППЗУ). ПЗУ обычно используется в системах, выпускаемых в больших объемах.

ППЗУ больше распространены в системах, выпускаемых небольшими партиями, поскольку они позволяют производителям изменять "зашитое" программное обеспечение и наделять систему новыми функциями или модернизировать ее без вмешательства в процесс производства. Для удобства установки и замены ИС ПЗУ и ППЗУ во время срока службы устройства эти ИС обычно устанавливаются на плате с помощью панелек.

Оперативная память с произвольным доступом (ОЗУ) обычно используется в автономных системах для хранения результатов измерений и системных параметров. В основном распространены два типа ОЗУ - статическое и динамическое. Динамическое ОЗУ требует периодического обновления, или перезаписи содержимого, в то время как статическое ОЗУ обновления не требует. Однако преимуществом динамического ОЗУ над статическим является то, что статическое ОЗУ имеет намного большую емкость для заданной площади кремниевой подложки.

Динамическое ОЗУ подходит для персональных компьютеров, используемых в офисе, где важным требованием является емкость памяти. В автономных системах достоинство статического ОЗУ заключается в его способности сохранять данные с помощью резервного питания при отсутствии основного. Это можно получить относительно легко, поскольку статическое ОЗУ не требует обновления даже в дежурном режиме.

Электрически перезаписываемое ПЗУ (ЭСППЗУ) относится к долговременной памяти, обычно используемой для хранения ограниченного количества данных по конфигурации системы и управляющих параметров. Сравнительно небольшая емкость памяти и медленный цикл записи ЭСППЗУ (обычно около 10 миллисекунд) ограничивают их применение.

Флэш-память также является долговременной памятью и используется для хранения как данных, так и программ. Флэш-память может иметь объем от 32 кбайт до 2 Мбайт. Значительно более короткий цикл записи имеет свой недостаток - необходимость стирать данные на ИС блоками фиксированного размера, а не побайтно.

Часы реального времени являются важным элементом любой автономной системы. Помимо информации о дате и времени, они с помощью программы обеспечивают функцию сигнализации и периодического запуска считывания сигналов с датчиков, а также управляют выходными сигналами.

Часы реального времени подключаются к соответствующей схеме управления питанием, позволяя системе оставаться в дежурном режиме, при котором потребление энергии невелико, до тех пор, пока из этого режима система не будет выведена заранее запрограммированным событием или аварийной ситуацией. Таким образом, управляющая программа может считывать и записывать данные с датчиков и управлять выходными сигналами, после чего система вновь переходит в дежурный режим с низким потреблением энергии.

В типичной автономной системе сбора данных датчики опрашиваются с периодическими интервалами, позволяя системе между измерениями переходить в дежурный режим, экономя электрическую энергию в период неактивности. Например, считывание данных может производиться только один раз в 500 мс. Тогда часы реального времени должны быть запрограммированы на пробуждение системы каждые 500 мс, тем самым обеспечив значительное уменьшение расхода энергии, что очень важно для систем, работающих от батарей.

Стартовый, стоповый биты и бит четности, используемый для проверки целостности данных при асинхронной передаче, физически вырабатываются универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART), расположенным между шиной микропроцессора и формирователем линии, который связан с реальным каналом связи.

Основной целью UART является контроль всех рутинных операций, связанных с интерфейсом между параллельной шиной и последовательным коммуникационным каналом главного компьютера.

Во время передачи UART выполняет следующие функции:

§ Устанавливает необходимую скорость передачи информации.

§ Обеспечивает интерфейс с шиной данных микропроцессора и прием символов (по одному).

§ Генерирует стартовый бит для каждого символа.

§ Добавляет биты данных в последовательный поток данных.

§ Вычисляет и добавляет в поток данных бит четности.

§ Заключает последовательную группу необходимым стоповым битом (битами).

§ Подготавливает микропроцессор для передачи следующего символа.

Приемная часть схемы UART выполняет следующие функции:

§ Устанавливает необходимую скорость приема информации.

§ Синхронизирует с помощью стартового бита поступающие данные.

§ Считывает биты данных из последовательного потока.

§ Считывает биты четности и проверяет их соответствие с полученной информацией.

§ Считывает стоповые биты.

§ Передает символ в параллельном виде на шину данных микропроцессора.

§ Образует интерфейс линий квитирования.

§ Контролирует возникновение любых ошибок, связанных с принятым символом.

Типичные ошибки, которые может обнаружить схема UART:

o Переполнение приемника - биты принимаются быстрее, чем они могут считываться.

o Ошибки четности - несоответствие между битами четности и битами символа.

o Ошибка символа - все биты символа являются нулевыми или появление сообщения о разрыве.

Условие разрыва происходит, когда передатчик, захвативший линию данных, находится в состоянии паузы (положительное напряжение) дольше, чем это требуется для завершения передачи символа. Это условие является способом заставить принимающую схему UART немедленно отреагировать и переключиться на другую задачу.

Обычно контроллеры имеют несколько входных аналоговых каналов. Особенностью этих устройств является то, что каждый канал может быть настроен на работу с различными датчиками и сигналами. Типичная упрощенная схема входного канала показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Упрощенная схема аналоговых входных каналов.

Гибкость, с которой каждый канал может быть настроен на различные датчики, различные режимы возбуждения, а также использование дифференциального или однопроводного входа обеспечиваются селектором аналогового сигнала. Конфигурация каждого канала производится командами программы, которые интерпретируются регистратором/контроллером, который управляет селектором аналоговых сигналов.

Возбуждение датчиков обычно производится постоянным током низкого уровня, предназначенным для измерения сопротивления (250 мкА), для работы резистивных термодатчиков (RTD) и для измерений с использованием моста Уитстона, или от источника напряжения (обычно нерегулируемого) через внутренний резистор, необходимый для питания некоторых датчиков.

Чтобы обеспечить обратную цепь для токов смещения инструментального усилителя, в цепь можно включить входные ограничительные сопротивления, обычно с номиналом 1 МО м. Если ограничительные резисторы не включены в цепь, то входное сопротивление, на которое нагружен датчик, может быть порядка 100 МОм.

Ни один контроллер не обходится и без цифровых каналов ввода/вывода. Контроллеры обычно имеют несколько цифровых каналов ввода/вывода двойного назначения, которые разделяют нагрузки и действуют как цифровые входы и выходы. Схема цифрового канала ввода/вывода показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема цифрового канала ввода/вывода.

Цифровые входы имеют высокое входное сопротивление и поэтому буферизуются, чтобы защитить чувствительные КМОП схемы цифрового интерфейса от повреждений, вызываемых импульсами тока. Защиту от импульсов высокого напряжения обеспечивает стабилитрон на 30 В, который ограничивает входное напряжение на уровне, допустимом для входного буфера.

На автономных регистраторах/контроллерах наиболее часто используются цифровые выходы в виде схемы с открытым коллектором, способной на нагрузку до 200 мА при напряжении 30 В. При такой конфигурации стабилитрон действует также в качестве ограничителя напряжения, если канал используется в качестве выхода с открытым коллектором.

Входные каналы счетчика снабжены входным буфером на основе триггера Шмидта, входной порог которого установлен на уровне двух вольт. Это позволяет избежать срабатываний счетчика при уровне помех меньше заданного предела. Конденсатор, установленный на входе триггера Шмидта, обеспечивает фильтрацию, но снижает быстродействие до частоты порядка 1 кГц (= 1 /RC). Если конденсатор удалить, то скорость счета может достигать 500 кГц.

Становится очевидным, что внедрение автоматизированной системы управления освещением позволяет осуществлять телекоммуникационный контроль состояния сетей и приборов освещения, управлять режимами горения светильников, дистанционно управлять освещением по заранее заданному графику, а также вести учет энергопотребления и следить за эффективным использованием электроэнергии, что непременно приводит к понятию выгодности данных систем.

Создается строго соблюдаемый алгоритм работы осветительных сетей, так как исключается влияние человеческого фактора. Поскольку системе задано расписание, которому она должна следовать, не будет происходить нерационального расходования электроэнергии и ресурсов электрооборудования. Разумеется, конечное управление остается за человеком, и он вправе руководить работой системы по своему усмотрению. Однако система изначально просчитывает наиболее оптимальный режим функционирования, при котором будет обеспечиваться достаточное количество света и умеренное энергопотребление.

Бывают случаи, когда человек переходя на ручное управление в обход автоматическому забывал про контроль, тем не менее, в случае не отключения освещения не происходит потерь электроэнергии, так как диспетчер оперативно об этом оповещается и имеет возможность принять соответствующие меры, в ином случае это сделает автоматика системы.

Речь идет о человеко-машинных системах управления, диспетчерском управлении на основе использования автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.

Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора компьютера или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.

Основой, необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т.е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации.

От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с компьютером) в нештатных ситуациях и многое другое.

Поэтому требуется программная оболочка диспетчерского управления. На мой взгляд отличным решением данного вопроса станет внедрение SCADA-технологий.

Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Дружественность человеко-машинного интерфейса, предоставляемого SCADA - системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность "рычагов" управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т.д. - повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к нулю его критические ошибки при управлении.

Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка систем управления, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сократить сроки разработки проектов по автоматизации и прямые финансовые затраты на их разработку.

В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления динамическими системами.

В России диспетчерское управление технологическими процессами опиралось, главным образом, на опыт оперативно-диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее. К трудностям освоения в России новой информационной технологии, какой являются SCADA-системы, относится как отсутствие эксплуатационного опыта, так и недостаток информации о различных SCADA-системах. В мире насчитывается не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем.

Большое значение при внедрении современных систем диспетчерского управления имеет решение следующих задач:

1) выбора SCADA-системы (исходя из требований и особенностей технологического процесса);

2) кадрового сопровождения.

Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для большого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему их реализации, представленную на рисунке 8.

Рисунок 8. Обобщенная схема контроля и управления посредством SCADA-систем

Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно - аппаратной платформой.

Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC - Programming Logical Controoller), которые могут выполнять следующие функции:

ѕ сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;

ѕ управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

ѕ решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.

В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как отечественных производителей, так и зарубежных. На рынке представлены многие десятки и даже сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких переменных до нескольких сот переменных.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры под управлением ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени.

Разработка, отладка и исполнение программ управления локальными контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, широко представленного на рынке.

К этому классу инструментального ПО относятся пакеты типа ISaGRAF (CJ International France), InConrol (Wonderware, USA), Paradym 31 (Intellution, USA), TraceMode (AdAstra Research Group, Россия), имеющие открытую архитектуру.

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня (см. рис.8). В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:

Ш сбор данных с локальных контроллеров;

Ш обработка данных, включая масштабирование;

Ш поддержание единого времени в системе;

Ш синхронизация работы подсистем;

Ш организация архивов по выбранным параметрам;

Ш обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

Ш работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

Ш резервирование каналов передачи данных и др.

Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т.д. Зачастую в качестве рабочих станций используются компьютеры типа IBM PC различных конфигураций. Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA - системы. SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром.

Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах:

Ш автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;

Ш средства исполнения прикладных программ;

Ш сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;

Ш обработка первичной информации;

Ш регистрация алармов и исторических данных;

Ш хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);

Ш визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;

Ш возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").

Рассматривая обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще одно понятие - Micro-SCADA.

Micro-SCADA - это системы, реализующие стандартные (базовые) функции, присущие SCADA - системам верхнего уровня, но ориентированные на решение задач автоматизации в определенной отрасли (узкоспециализированные). В противоположность им SCADA - системы верхнего уровня являются универсальными.

Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи. Обеспечение взаимодействия SCADA - систем с локальными контроллерами, контроллерами верхнего уровня, офисными и промышленными сетями возложено на, так называемое, коммуникационное ПО. Это достаточно широкий класс программного обеспечения, выбор которого для конкретной системы управления определяется многими факторами, в том числе и типом применяемых контроллеров, и используемой SCADA - системой.

Для осуществления контроля над составляющими и параметрами системы, её оборудуют механизмами передачи информации о состоянии. То есть речь идёт о телеметрии, используемой в подобных системах. Телеизмерения предоставляют полные данные по параметрам системы, позволяют оперативно выявлять несанкционированные подключения к сетям освещения и выявлять хищения электроэнергии, ведут технический учёт энергии. С помощью телеизмерений напряжений, токов и мощностей можно осуществить первичную диагностику осветительной сети в случаях каких-либо аварий, происходит автоматизация инспекции и технического обслуживания электрооборудования. Таким образом, отпадет необходимость непосредственного участия человека при диагностике и профилактической проверке электрооборудования, исключается возможный человеческий фактор при подобных мероприятиях - ошибки при измерении величин, невнимательность при диагностике.

Все необходимые данные поступают на компьютер. Оператор компьютера имеет полный доступ ко всей информации, поступающей с датчиков телеметрии - фактическое напряжение и мощность в сети, рабочие токи в цепях, техническое состояние сетей и оборудования. Любое отклонение от нормы отображается другим цветом и может инициировать сигнал звукового предупреждения, чтобы привлечь внимание. Изображения на экране можно получать в одной из нескольких разных форм. Каждый пользователь может назначить по своему выбору воспроизведение результатов конкретных измерений в графическом или числовом виде. Данные, полученные с телеметрии, обычно копируются и заносятся в базу данных, чтоб иметь возможность проанализировать, сравнить или исследовать их.

Как и в других телекоммуникационных областях существуют международные стандарты, установленные такими организациями как CCSDS и IRIG для телеметрического оборудования и программного обеспечения. Стандарты CCSDS относится к авиационным и космическим системам передачи данных, в промышленности же используют стандарты IRIG.

Система телеметрии воспринимает и ретранслирует электрические сигналы от многих датчиков одновременно благодаря процессу уплотнения данных, называемому мультиплексированием. По стандарту IRIG в промышленных системах телеметрии принят способ импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) уплотнения данных. ИКМ до сих пор является наиболее распространенной благодаря характерной для нее низкой вероятности ошибок (обычно менее 0,25% для любого измерения). ИКМ-система преобразует результат каждого измерения, выраженный аналоговым значением напряжения, в приемлемое для компьютера цифровое значение. В системе с использованием, например, 12-разрядных двоичных чисел самое малое напряжение будет представлено кодовым числом 000 000 000 000 (0), а самое большое - 111 111 111 111 (2047). Для подачи сигнала о начале каждого нового цикла сканирования датчиков и преобразователей генерируется специальная кодограмма. В ИКМ-системе процесс демультиплексирования (разуплотнения) включает в себя отыскание кодограммы, которая вставляется в поток данных, чтобы сигнализировать о начале каждого цикла сканирования, после чего ведется подсчет битов для идентификации каждого измерения и подготовки его результата для ввода в компьютер.

Компьютер, который принимает все поступившие данные с датчиков телеметрии и производит контроль над системой, именуется сервером. Сервером может выступить любой настольный компьютер офисного пользования, который будет поддерживать работу с беспроводными сетями. Разумеется, необходима установка специального программного обеспечения на компьютер. Поскольку данные телеметрии поступают на приемную станцию многократно и иногда даже непрерывно, аппаратные и программные средства должны быть хорошо согласованы друг с другом, а сервер всегда включенным. В типичных случаях аппаратные средства отрабатывают относительно простые и неоднократно повторяющиеся задания (примером могут служить установление синхронизации и реакция на возникновение тревожной ситуации); программные средства выполняют первичную обработку для воспроизведения данных на экране.

В задачи программного обеспечения входят настройка всех аппаратных и программных средств, высокоскоростной ввод данных, возможная предварительная проверка аппаратных средств, высокоскоростной вывод отобранных результатов измерений на монитор, специальная обработка данных в соответствии с требованиями анализа. Программные средства также довольно часто используют, чтобы подготовить накопитель для работы со всеми или отобранными результатами измерений, для выборки в целях проведения более детального анализа и для выполнения самодиагностики состояния системы телеметрии перед началом и в процессе приема данных.

Однако помимо работы с данными, мы имеем возможность управления элементами осветительной сети через компьютер. Помимо того, что система работает по выставленному нами режиму и принципу, мы можем произвести управление авторитарно в обход запрограммированному алгоритму. Ведь программа заранее знает, когда и где зажечь свет, для чего и для кого, это помимо отдельных возможностей простой работы на датчиках присутствия и движения, датчиков освещенности. Когда нами просто выставляется работа системе на режиме определения сколько света необходимо для освещения данного помещения - информация поступит с датчика освещенности - программа сама просчитает необходимое количество освещенности, или же режим включения/отключения света по наличию человека - информация поступит с датчика движения или присутствия - программа включит или отключит свет в нужный момент. Имеется возможность создать такой алгоритм, в котором учитывалось бы рабочее расписание объекта, контролируемого системой, и параллельная работа системы по показаниям датчиков. При наличии видеокамер можно наблюдать за своими действиями не только по принципиальному графическому представлению схемы освещения, но и посредством видеокартины.

При усовершенствовании структуры аппаратного обеспечения системы благодаря внедрению GSM модуля соединенного с сервером, возникает возможность управления системой даже через мобильный телефон. То есть происходит отправка команды через телефон посредством sms-сообщения на GSM модуль, соединенный с сервером. Сервер обрабатывает команду и отправляет команду контроллеру высшего уровня осветительных сетей. Может быть и такое, что команда будет отправлена через сам сервер, даже возможно, что посредством проводной связи с контроллером. ПЛК, приняв сигнал, отдаст команду реле, чтобы тот, в свою очередь, включил освещение. Это изображено на рисунке 9.

Рисунок 9. Автоматическая система управления с GSM модулем

Также стоит иметь в виду, что телефон выступает не только как отправитель команд, но и как приемник информации о параметрах системы или каких-либо изменениях в ней. Так мы сможем на расстоянии вести полный контроль над системой. Достаточно, выставить на сервере параметр отправки данных о системе на телефон каждые сутки, чтоб можно было отслеживать ее работу и в случае чего отправить sms-команду на выполнение какой-либо операции.