انواع سیستم های کنترل روشنایی ساختمان

انواع روش های کنترل شدت روشنایی

باید یک سیگنال کنترلی مناسب از سوی سیستم کنترل مرکزی به عملگرها (بالاست های الکترونیکی و یا دیمرها) ارسال شود تا نور لامپ ها متناسب با این سیگنال تنظیم شود.

در حال حاضر دو روش برای این منظور به صورت استاندارد تدوین شده است:

١- سیستم کنترلی ۱۰-۱ V

۲- سیستم کنترلی DALI

سیستم کنترلی ۱۰-۱ V

در این روش، یک سیگنال آنالوگ بین ۱-۱۰ ولت، به عملگرها اعمال می شود و نور لامپ ها متناسب با این سیگنال تنظیم می شود. در سیستم کنترلی ۱۰ -۱ ولت، چنانچه ولتاژ فرمان برابر ۱۷ باشد، شار نوری لامپ برابر حداقل مقدار ممکن (معمولا %۱ شار نوری نامی لامپ ) شده و چنانچه ولتاژ اعمالی برابر ۱ ولت باشد، شار نوری لامپ برابر مقدار حداکثر خود (شار نور نامی لامپ) خواهد بود و به ازای هر مقداری بین ۱۰-۱ ولت شار نوری لامپ متناسب با آن تنظیم خواهد شد. در واقع بین سیگنال کنترلی اعمال شده به بالاست الکترونیکی و لامپ، رابطه ای خطی وجود دارد.

 

سیگنال کنترلی را می توان با استفاده از عناصر پایه الکترونیکی ایجاد نمود. تنها این شرط وجود دارد که جریان مدار کنترلی حداکثر باید برابر ۱۰۰ میلی آمپر باشد.

به عنوان مثال، یکی از روش های مرسوم، استفاده از یک باتری (یا منبع تغذیه DC) به همراه پتانسیومتر است که با تغییر پتانسیومتر، ولتاژ خروجی مدار کنترلی تغییر می کند.

چنانچه بخواهیم بیش از یک عملگر با یک مدار کنترلی کار کنند، می توانیم به صورت موازی آنها را به یکدیگر وصل کنیم. به این ترتیب، با تغییر سیگنال کنترلی، شار نوری کلیه لامپ های متصل شده به این گروه بالاست ها تغییر می کند.

مزایای سیستم کنترلی  ۱۰-۱ V

•  سادگی سیستم کنترل کننده
• قیمت پایین تجهیزات
• سادگی نحوه کارکرد

معایب سیستم کنترلی ۱۰ -۱ V

• وابستگی گروه بندی چراغ ها به نحوه سیم کشی
• عدم امکان ذخیره سطوح مختلف روشنایی
• اهمیت داشتن پلاریته در سیم کنترل
• نیاز به کلید اضافی برای روشن و خاموش کردن سیستم
• سیم کشی زیاد
• تغییرات شدت نور به صورت خطی (حساسیت چشم نسبت به تغییرات نور تقریباً به صورت لگاریتمی است).
• نیاز به تغییر سیم کشی در صورت تغییر نحوه گروه بندی
• امکان فیدبک گرفتن در صورت خرابی لامپ یا بالاست وجود ندارد

سیستم کنترلی DALI

این روش کنترلی در ابتدا توسط تعدادی از شرکت های مطرح اروپایی از جمله اسرام، فیلیپس، ترایدونیک (Tridonic) و … مطرح شد و سپس به صورت یک استاندارد بین المللی توسط کمیته بین المللی برق (IEC) تدوین گشت (۶۰۹۲۹ IEC).

DALI مخفف (Digitally Addressable Lighting Interface) و به معنای مدار واسط روشنایی آدرس پذیر دیجیتال است. در این روش کنترلی، به هر عملگر، یک آدرس دیجیتال ۸ بیتی (Bit) توسط کنترلر مرکزی اختصاص می یابد. همچنین میزان روشنایی نیز توسط یک سیگنال ۸ بیتی معین می شود.

در نهایت سیگنال فرمان کنترلی به صورت یک رشته پالس سریال ۱۹ بیتی از سوی مرکز کنترل ارسال می شود. این ۱۹ بیت، حاوی آدرس بالاست مورد نظر(شامل ۸ بیت)، سطح روشنایی موردنظر برای بالاست (حاوی ۸ بیت) و ۳ بیت به عنوان مشخص کننده ابتدا و انتهای پیام است.

پس از اینکه سیگنال فرمان از سوی مرکز کنترلی ارسال شد، بالاستی که آدرس آن در سیگنال فرمان ارسالی وجود داشت، طبق فرمان عمل کرده و یک سیگنال بازگشت ۱۱ بیتی به معنای تایید اجرای فرمان ارسال می کند. به این ترتیب چنانچه عملگر (و یا سیم کشی آن) دچار مشکل شده باشد، سیگنال بازگشت دریافت نمی شود و چنانچه لامپ دچار مشکل شده باشد، توسط سیگنال بازگشت، به کنترلر مرکزی اطلاع داده می شود.

در نتیجه همواره سیستم کنترل مرکزی اطلاعاتی از وضعیت کارکرد لامپ ها و عملگرها را در اختیار دارد.

سیگنال فرمان و سیگنال بازگشت DALI، سیگنال فرمان، به صورت ۱۹ بیتی و سریال است که بیت اول آن، به عنوان شروع پیام، ۸ بیت بعدی بیانگر آدرس عملگر و ۸ بیت بعدی حاوی میزان روشنایی مورد نظر برای لامپ است. ۲ بیت آخر نیز به عنوان نشانگر انتهای پیام اختصاص یافته است.

بنابراین، DALI یک باس نیست، بلکه یک پروتکل ارتباطی است و برای ارسال سیگنال های فرمان، نیاز به هیچ گونه سیم مخصوصی نیست و می توان از ۲ رشته سیم معمولی برای این منظور استفاده کرد.

برای تنظیم شدت روشنایی لامپ، عملگرهای DALI به گونه ای طراحی شده اند که مقادیر بین %۱۰۰ – ۰ نور نامی لامپ به صورت عددی ۲۵۵-۰ (مجموعه ۲۵۶ حالت) در بالاست ذخیره شده است. بنابراین چنانچه ۸ بیت دوم پیام به صورت ۰۰۰۰۰۰۰۰ (معادل عدد صفر در مبنای دسیمال) باشد، لامپ خاموش بوده و چنانچه این سیگنال به صورت ۱۱۱۱۱۱۱۱ (معادل عدد ۲۵۵ در مبنای دسیمال) باشد، لامپ با حداکثر نور خود روشن است.

به ازای کلیه مقادیر بین این دو عدد نور لامپ به صورت لگاریتمی تنظیم می شود (بر خلاف سیستم ۱۰ -۱ V که نور لامپ به صورت خطی تغییر می کند).

 برتری این روش در این است که منحنی حساسیت انسان نسبت به تغییرات نور به صورت لگاریتمی است. در نتیجه هنگام تغییر نور لامپ، چشم احساس بهتری خواهد داشت.

روش سیم کشی سیستم DALI

در این سیستم، یک زوج سیم کنترلی از کنترل مرکزی خارج شده و به کلیه عملگرها می رود. تغذیه (فاز و نول) و سیم محافظ زمین نیز به صورت جداگانه مطابق روش های معمول تامین می شود.

یکی از مزایای مهم این سیستم نسبت به سیستم  ۱۰-۱ V در این است که نیازی به کلید اضافی سر راه مدار تغذیه برای روشن و خاموش نداریم، چرا که وضعیت خاموش بودن لامپ نیز توسط فرمان DALI میتواند تعیین شود.

سیستم کنترلی DALI امکان گروه بندی بالاست ها را فراهم می کند. به این ترتیب که از ۸ بیت اول، ۶ بیت برای آدرس اختصاص می یابد.

در نتیجه هر کنترلر مرکزی می تواند تا ۶۴ عملگر را کنترل کند. این ۶۴ عملگر را می توان گروه بندی نمود. دو بیت باقیمانده برای ذخیره ساختن شماره گروه اختصاص یافته است.

به عنوان مثال می توان کلیه لامپ های گروه ۳ را خاموش کرد و یا نور آنها را در %۳۰ مقدار اولیه تنظیم نمود.

به عنوان ورودی، کنترلر مرکزی، می تواند از سنسورها و کلیدها فرمان بگیرد. هر یک از سنسورها و کلیدها نیز می توانند از طریق یک زوج سیم معمولی به کنترلر متصل شوند و یا اینکه داده های خود را به صورت رادیویی به سمت کنترلر مرکزی ارسال کنند.

در شکل زیر، دیاگرام تک خطی سیم کشی سیستم اDAL نشان داده شده است. در صورتی که در کل ساختمان از سیستم مدیریت هوشمند (BMS) استفاده شده باشد، به جای کنترلر مرکزی، از یک مدار واسط که اطلاعات را از باس EIB دریافت کرده و به صورت سیگنال های DAL1 تبدیل کند، استفاده می شود.

در این صورت، کلیه سنسورها و کلیدها، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، به باس EIB متصل می شوند.

در اغلب موارد از یک کابل با ۵ رشته سیم برای ارسال سیگنال های کنترلی (دو رشته سیم) و تغذیه (سه رشته) استفاده می شود. در انتخاب نوع سیم و کابل هیچ محدودیتی وجود ندارد  و سیم های کنترلی و تغذیه می توانند در کنار یکدیگر قرار گیرند.

یکی از ویژگی های سیستم DALI نسبت به سیستم ۱۰–۱ V در این است که پلاریته سیم ها در عملکرد سیستم هیچ اهمیتی ندارد، چرا که اطلاعات به صورت سریال ارسال می شود.

معایب سیم کشی سیستم DALI 

در سیم کشی سیستم DALI تنها دو محدودیت اساسی وجود دارد:

۱- حداکثر فاصله هر عملگر از کنترلر مرکزی، یا حداکثر طول کابل متصل به آن نباید بیش از ۳۰۰ متر باشد.

۲- سیم کشی نباید به گونه ای باشد که حلقه تشکیل شود.

قابلیت های سیستم DALI

در این قسمت برخی از قابلیت های سیستم DALI از نظر کنترل هوشمند روشنایی ذکر شده است.

این ویژگی ها عبارتند از:

۱- تنظیم شدت روشنایی متناسب با نور روز

کنترلر مرکزی DALI این امکان را دارد که اطلاعات مربوط به نور روز را از سنسورهای روشنایی دریافت نموده و شار نوری لامپها را متناسب با آن تنظیم نماید. این ویژگی باعث می شود در ساختمان هایی که نور طبیعی به مقدار زیادی وجود دارد، تا %۶۰ در مصرف انرژی الکتریکی صرفه جویی شود.

۲- روشن و خاموش کردن چراغ ها متناسب با حضور افراد 

علاوه بر سنسور روشنایی، این امکان وجود دارد که سنسورهای تشخیص دهنده حضور افراد در محیط نصب شوند. به این ترتیب، پس از زمان معینی از خروج افراد از محل، چراغ ها به صورت خود به خود خاموش شده و با ورود مجدد آنها روشن می شوند.

۳- ذخیره سازی سطوح مختلف روشنایی 

در بسیاری از موارد، یک مجموعه دارای کاربری های مختلفی است و نوع و میزان روشنایی مورد نیاز در هر کدام از این کاربردها متفاوت خواهد است.

به عنوان مثال، در سالن جلسات یک اداره، ممکن است جلسات رسمی با حضور میهمانانی از خارج از شرکت برگزار شود، که در این صورت، معمولاً کلیه چراغ ها با حداکثر نور خور روشن هستند. یا ممکن است یک جلسه عادی با حضور تعدادی از مدیران میانی برگزار شود، در اینصورت چنانچه برخی از چراغ ها با %۷۰ نور خود روشن باشند، نور کافی در محیط وجود دارد.

در هنگام پخش اسلاید و یا فیلم، نور عمومی سالن باید به حداقل مقدار خود برسد تا اسلایدها بهتر دیده شود. مشاهده می کنیم که با توجه به نوع کاربری یک محل، روشنایی متفاوتی مورد نیاز است.

سیستم DALI این امکان را دارد که سطوح مختلف روشنایی، متناسب با کاربری های مختلف در یک مجموعه، از قبل ذخیره شده و با استفاده از یک کلید مجدداً بازخوانی شوند. با این ترتیب، هر بار با تغییر کاربری، نیازی به کم و زیاد کردن تعداد زیادی دیمر و … نمی باشد.

۴- امکان گروه بندی چراغ ها به صورت نرم افزاری 

یکی از قابلیت های سیستم DALI در این است که به هر عملگر، یک آدرس دیجیتال اختصاص می یابد. بخشی از این آدرس به گروهی که عملگر به آن تعلق دارد اختصاص دارد. به این ترتیب مستقل از نوع سیم کشی می توان چراغ ها را گروه بندی نمود.

حتی این امکان وجود دارد که یک چراغ، به بیش از یک گروه تعلق داشته باشد.

• نحوه برنامه ریزی سیستم DAL برنامه ریزی سیستم DALI فرایندی است که طی آن:

۱- کلیه عملگرها، به کنترلر مرکزی شناسانده شده و آدرس معینی به آن ها اختصاص می یابد.

۲- کلیه سنسورها و فرستنده ها به سیستم کنترلر مرکزی شناسانده می شوند.

۳- چراغ ها گروه بندی می شوند. بسته به نوع کنترلر مرکزی، حداکثر ۶۴ عملگر موجود را می توان به صورت ۴ تا ۱۶ گروه تقسیم بندی نمود. یک چراغ ممکن است به بیش از یک گروه اختصاص داشته باشد.

۴- سطوح روشنایی مختلف با توجه به کاربریهای مختلف مورد انتظار تعریف می شوند. بسته به نوع کنترلر مرکزی، می توان بین ۱۶ – ۴ سطح روشنایی مختلف را در سیستم ذخیره نمود.

برای برنامه ریزی سیستم DALI یک دستگاه مخصوص برنامه ریزی (Hand Programming Tool- HPT) وجود دارد که به صورت رادیویی، فرایند برنامه ریزی را انجام می دهد.

به این ترتیب، هیچ نیازی به نرم افزار مخصوص و یا کابل رابط معینی نیست. حتی در برخی از مدل های ساده اDAL می توان بدون نیاز به دستگاه برنامه ریز و تنها با استفاده از کلید دیواری، فرایند برنامه ریزی را برای سیستم انجام داد.

مزایای سیستم DALI

• مستقل بودن گروه بندی چراغها از نحوه سیم کشی،
• کاهش قابل توجه حجم سیم کشی مورد نیاز،
• عدم نیاز به کلید اضافی برای روشن و خاموش کردن،
• امکان ذخیره سازی سطوح مختلف روشنایی،
• امکان استفاده از سنسورهای مختلف برای صرفه جویی در مصرف انرژی،
• اهمیت نداشتن پلاریته در سیمهای کنترلی
• امکان استفاده از کنترل از راه دور،
• امکان بازخور (Feedback) گرفتن از وضعیت لامپ ها و بالاست ها و
• سیم های تعذیه و کنترلی همگی از نوع سیم های معمولی هستند.

معایب سیستم DALI

• هزینه نسبتاً بالای تجهیزات و عملگرها یک پروژه نمونه با استفاده از سیستم اDAL.

در این بخش، یک سالن جلسات را به عنوان یک پروژه نمونه در نظر گرفته و مراحل طراحی را به صورت قدم به قدم طی می کنیم.

• گام اول : نوع سیستم روشنایی

انواع چراغ های زیر در این سالن جلسات در نظر گرفته شده اند:

۱- چراغ های توکار با لامپ های فلورسنت، برای تامین روشنایی عمومی،

۲- چراغ های دیواری دکوراتیو

٣- چراغ های هالوژن پایین تاب در قسمت جلوی سن.

• گام دوم : گروه بندی چراغ ها

در این سالن، کلیه چراغ های یک شکل را در گروه یکسانی تعریف می کنیم. مجدداً یادآور می شویم که گروه بندی به صورت نرم افزاری و بدون نیاز به تغییر در سیم کشی، قابل تغییر است، ضمن اینکه هیچ الزامی به همسان بودن چراغ های موجود در یک گروه نیست.

• گام سوم : تعیین سطوح روشنایی مورد نیاز

سطوح مختلف روشنایی و شدت روشنایی مورد نیاز به ازای هر گروه از چراغ ها مشخص می شود.

• گام چهارم: تهیه نقشه سیم کشی

با توجه به اینکه در این سالن، حداکثر ۲۴ عملگر وجود دارد، لذا می توان با استفاده از یک کنترلر مرکزی، کل مجموعه را کنترل نمود (هر کنترلر می تواند حداکثر تا ۶۴ عملگر را کنترل نماید).

یک زوج سیم از کنترلر مرکزی خارج شده و به کلیه بالاست ها می رود.

• گام پنجم: برنامه ریزی سیستم

در نهایت پس از اتمام سیم کشی و نصب تجهیزات، برنامه ریزی سیستم صورت می گیرد. در این مرحله، گروه بندی و سطوح مختلف روشنایی تعیین می شوند.

 

 

مدیریت هوشمند روشنایی مبتنی بر EIB و  LMS

آشنایی با EIB

در ساختمان های هوشمند، برای فراهم ساختن کنترل مشترک کلیه ابزارها، نیاز به یک باس (Bus) مشترک وجود دارد که اجزای اصلی ساختمان هوشمند، یعنی سنسورها، عملگرها و سیستم کنترلی از طریق آن با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند.

از جمله باس تأسیسات اروپایی ( European Installation Bus) یا به اختصار EIB است که در ابتدا توسط برخی از شرکت های اروپایی معرفی شده و امروزه به صورت یک استاندارد بین المللی توسط کمیته استاندارد اروپا (EN) ( European Norm) به شماره ۵۰۰۹۰EN تدوین گردیده است.

EIB در واقع یک باس کنترلی است که سنسورها و عملگرها و سیستم کنترلر مرکز به آن وصل شده و کلیه داده های کنترلی بر روی آن قرار می گیرد.

سیستم کنترل هوشمند روشنایی به عنوان جزیی از یک ساختمان هوشمند محسوب می شود.

آشنایی با مدیریت هوشمند روشنایی (LMS)

سیستم کنترل هوشمند روشنایی (LMS) ( Light Management System-LMS) از جمله مواردی است که در ساختمان های هوشمند به کار می رود.

برای داشتن سیستم کنترل هوشمند روشنایی در یک ساختمان، هیچ الزامی وجود ندارد که ساختمان یک ساختمان هوشمند باشد. به عبارت دیگر می توان از مجموعه تاسیسات الکتریکی و مکانیکی، تنها بخش روشنایی را به صورت هوشمند کنترل نمود.

به طور خلاصه انتظارات ما از سیستم هوشمند روشنایی عبارتند از:

۱- تنظیم میزان نور منتشر شده از لامپ ها متناسب با نور طبیعی محیط

۲- تشخیص حضور افراد، خاموش و روشن کردن لامپ ها متناسب با حضور افراد

٣- امکان گروه بندی چراغ های

۴- امکان تعیین سطوح مختلف روشنایی (Light Scene) برای کاربری های مختلف در مجموعه، ذخیره سازی این سطوح در سیستم و بازخوانی آن ها در زمان های مختلف

۵- امکان تنظیم میزان نور منتشر شده از هر یک از چراغ ها یا لامپ ها.

بنابراین یکی از ویژگی های مهم سیستم کنترل هوشمند روشنایی امکان تنظیم شدت روشنایی (Dimming) لامپ ها است. برای تنظیم شدت روشنایی انواع لامپ ها نیاز به بالاست های الکترونیکی داریم.

 روشنایی هوشمند با لامپ های رشته ای و هالوژن

شار نوری لامپ های رشته ای و هالوژن، متناسب با ولتاژ اعمال شده در دو سر آنها است، بنابراین با کاهش ولتاژ اعمالی به دو سر لامپ، شار نوری منتشر شده از لامپ نیز کاهش می یابد.

برای تنظیم شدت روشنایی این گروه از لامپ ها از کانورتورهای AC/AC استفاده می شود. و همان طور که قبلاً اشاره شد به این گونه مدارها در اصطلاح دیمر (Dimmer) نیز می گویند.

در زیر نمونه ای از یک مدارهای دیمر را مشاهده می کنید.

در این مدارها، از ادوات الکترونیک قدرت برای تغییر شکل موج ولتاژ اعمالی به دو سر لامپ، استفاده می شود. به این ترتیب مقدار موثر ولتاژ دو سر لامپ کاهش یافته و در نتیجه نور منتشر شده از لامپ کاهش می یابد.

در مورد لامپ های هالوژن ولتاژ پایین که نیاز به ترانسفورماتور دارند، در برخی موارد ممکن است این گونه مدارات با ترانسفورماتور الکترونیکی ادغام شده و یک مجموعه حاوی ترانسفورماتور الکترونیکی با قابلیت تنظیم شدت روشنایی (Dimmable Transformer) استفاده شود.

لازم به ذکر است کاهش مقدار موثر ولتاژ به روش برش شکل موج می توان به دو صورت پیش فاز (Leading) و پس فاز (Lagging) باشد. شایان ذکر است این دو نوع مدار از نظر کاربردی تفاوت چندانی ندارند و تفاوت بین آنها، تنها مربوط به نوع عناصر به کار رفته در مدارات آنها می باشد.

روشنایی هوشمند با لامپ های فلورسنت و فلورسنت فشرده (کم مصرف)

برای این گروه از لامپ ها باید بالاست های الکترونیکی با قابلیت تنظیم شدت نور لامپ، مورد استفاده قرار گیرد. از آنجا که شار نوری منتشر شده توسط لامپ های فلورسنت متأثر از فشار گاز بخار جیوه داخل لامپ است، در این گونه بالاست ها، پارامترهای ولتاژ، جریان و فرکانس جریان به گونه ای تغییر می کنند که شار نوری لامپ کم یا زیاد شود.

 

روشنایی هوشمند با لامپ های تخلیه الکتریکی در گاز پر فشار (HID)

کاهش جریان و ولتاژ این گروه از لامپ ها باعث کاهش دمای کار آرک تیوب لامپ می شود. از آنجا که در گاز این گروه از لامپ ها، بخارات انواع فلزات وجود دارد، کاهش دمای کاری لامپ به منزله تغییر نقطه کار لامپ از نقطه نامی بوده و در نتیجه فلزات از حالت گازی خارج شده و بر روی سطح الکترودها متمرکز می شوند.

این کار باعث کاهش عمر این نوع لامپ ها می شود. در نتیجه تا کنون، هنوز بالاست هایی برای کاهش شار نوری این گروه از لامپ ها، به گونه ای که تأثیری بر طول عمر آنها نگذارد تولید نشده اند. به همین دلیل اصولاً لامپ های تخلیه گازی کمتر در سیستم های کنترل هوشمند روشنایی مورد استفاده قرار می گیرند و در صورت استفاده، تنها می توان آنها را روشن و یا خاموش نمود.

سیستم کنترل هوشمند روشنایی از چه اجزایی تشکیل شده است؟

سیستم کنترل هوشمند روشنایی از اجزای زیر تشکیل شده است:

۱- دیمرها و یا بالاست های الکترونیکی با قابلیت تنظیم شدت نور (به عنوان عملگر)

۲- سنسورها، شامل سنسورهای حساس به نور (Light Sensors) و سنسورهای تشخیص حضور افراد Presence) Detectors)

٣- کلیدهای فرمان ورودی برای فرمان دادن به سیستم توسط کاربر سیستم کنترل مرکزی برای دریافت اطلاعات و ارسال فرامین مناسب به عملگرها.

 

 

 

منبع:الیکا