Конвергенция в автоматизации – высшая степень интеграции систем и технологий.

Конвергенция в автоматизации – высшая степень интеграции систем и технологий.

Сасс Д. В., Генеральный директор ООО «ВаДиАрт»

На выставке «Light+Building 2012», которая традиционно проходит во Франкфурте-на-Майне (Германия), на одном из стендов у меня состоялась интересная беседа с немецким специалистом о современных тенденциях развития рынка KNX. Мой собеседник очень неплохо говорил по-русски, но упорно употреблял вместо привычного для меня термина «интеграция» слово конвергенция систем и технологий.

Вечером, добравшись до отеля, я решил разобраться с похожими, но имеющими свои нюансы терминами. Долго расспрашивая всезнающих Гугла и Яндекса, пришел к выводу, что в аспекте автоматизации инженерных систем термин «конвергенция» практически не употребляется. Он прижился в телекоммуникационной отрасли, в экономике и во многих других областях деятельности.

Однако, если под «конвергенцией» понимать классическое значение этого термина (от лат. «convergo» – «сближаю»), то есть процесс взаимного сближения сущностей посредством взаимопроникновения, то в автоматизации конвергенцию можно определить, как высшую степень интеграции систем и технологий.

Интеграция разнородных технологий ведет к конвергенции, то есть к возникновению принципиально новых решений, кардинально меняющих среду обитания человека.

В качестве одного из хрестоматийных примеров конвергенции можно привести объединение двух технологий – паровой машины и тележки, что привело к возникновению новых продуктов – паровоза и автомобиля, что, в свою очередь, стало новым этапом развития общества.

В настоящее время в результате объединения IT-техно-логий и технологии KNX перед инсталлятором открываются новые возможности, реализация которых способна приводить к возникновению принципиально новых решений в автоматизации пространства обитания и работы человека.

Начав обращать внимание на частные примеры из практики, которые можно характеризовать, как результат конвергенции технологий, я пришел к выводу, что жить и работать приходится в очень интересное время. Рассмотрим несколько реальных примеров из жизни.

Пример 1

На нескольких последних объектах, на которых я работал, мне приходилось применять KNX-датчики присутствия с дополнительными требованиями по логике, которые легко реализуются в рамках языка программирования типа JavaScript, но достаточно сложно в булевой логике – на основе, которой традиционно строились логические сценарии в KNX.

Для решения задач использовался свободно программируемый контроллер со встроенным интерфейсом KNX – «Logic Machine2». Одним из основных факторов выбора было наличие встроенного языка программирования Lua. По возможностям, идеологии и реализации язык ближе всего к JavaScript, однако Lua отличается более мощными и гораздо более гибкими конструкциями. Подкупила возможность применять многовариативную логику, различные конструкции типа «if – then / else if».

Приведу один из примеров применения. Заказчику нужно, чтобы в помещении поддерживался заданный уровень освещенности, и было реализовано управление по присутствию в нем людей. В решении по освещению применялись цветовые сценарии. На окнах были три типа полупрозрачных штор разного цвета. Таким образом, при включении сценария «зеленый свет» на окнах опускались полупрозрачные шторы зеленого цвета, а светодиодные RGB-светильники тоже должны были загореться зеленым светом. При этом интенсивность свечения светильников должна была регулироваться в зависимости от интенсивности естественного освещения, но установленный цвет свечения не должен был меняться при регулировании RGB-светодиодов.

Конкретную RGB-модель утверждал специалист, специально приехавший из Европы. Все это заказчиком задумывалось для проведения цветотерапии, согласно последней модной методике.

Основная сложность заключалась в том, что этим специалистом выбиралась RGB-модель, а не цветной монохромный цвет. Зеленый цвет описывался моделью: R-30, G-240, B-10. Настроить при помощи независимого регулирования каждого из RGB-каналов светильника такой цвет было не сложно, но чтобы при регулировании светового потока цвет сохранялся, каждый канал должен работать в значениях от 0 до 255, но с сохранением весов каждого цвета в палитре. То есть, чтобы нам убавить световой поток до 50%, нужно привести модель к значениям: R-15, G-120, B-5

Пример 2

На другом объекте была поставлена задача реализовать следующую логику работы освещения.

Бассейн в частном доме. У входа установлен датчик присутствия, который управляет одной группой светильников, расположенных у входа и в самом бассейне. Всего в зоне бассейна 7 групп света.

Пожелания заказчика были таковы, чтобы, если в зоне бассейна не включена ни одна группа света, то датчик должен работать в штатном режиме с задержкой в 30 секунд. Но, если хотя бы одна из оставшихся групп освещения включается, то датчик не должен отключать светильники. Из оставшихся 6-ти групп освещения пять управляются с выключателя и одна еще одним датчиком, расположенном в раздевалке. Использовать блокировку датчика имело бы смысл при одной дополнительной группе освещения. При наличии шести групп, да еще одна из которых также управляется датчиком, обеспечить выполнение требуемой задачи, посредством блокировки и датчика, практически невозможно.

Для решения данной задачи на Lua в «Logic Machine2» был написан следующий резидентный скрипт:

	 pool = grp.tag('pool')


	 value = false


	 log(pool)


	 for index, object in ipairs(pool) do


	 value = value or object.data


	 log(value)


	 end


	 if (value) then grp.write('1/2/1', 1)


	 end

В «Logic Machine2» все объекты можно помечать тегами. Групповые адреса, посредством которых управляются все группы освещения (кроме управляемой датчиком на входе в зону бассейна), помечены тегом «pool».

Создан отдельный групповой адрес '1/2/1', который связан с объектом номер 13 «Input: Presence of slave/master» датчика «ESYLUX PD-C 360i/12 mini KNX». Этот объект используется для подключения других датчиков при необходимости расширить зону детекции.

В нашем случае, резидентный скрипт постоянно контролирует состояние групп освещения, помеченных нами тегом «pool». Если хотя бы одна из них имеет статус «включена» (false), то в шину KNX на групповой адрес '1/2/1' посылается телеграмма со значением «01», что приводит к продлению времени задержки отключения датчика.

Применение в скрипте конструкции с тегами значительно облегчает процесс изменения количества контролируемых групп освещения. Все изменения сводятся к правке тегов в базе объектов в Logic Machine2.

На вышеприведенных примерах мы рассмотрели варианты решения, казалось бы, невыполнимых задач. Теперь заказчик может быть уверен, что его пожелания будут всегда выполнены согласно поставленной цели. В следующих выпусках я продолжу приводить примеры проблем, возникающих на объектах, и пути их решения.

В данной главе рекомендаций рассмотрим основные группы датчиков присутствия и датчиков движения, которые можно классифицировать по техническому оснащению, и кратко опишем области их применения.

1. Датчики присутствия

Датчики присутствия фиксируют даже минимальные движения человека (например, печатание на клавиатуре компьютера). Их устанавливают в помещениях, где преобладает работа людей с минимальными перемещениями или где присутствует достаточное естественное освещение (например, офисы, учебные классы, конференц-залы, санузлы).

Датчики присутствия постоянно следят за наличием людей в помещении и за изменяющейся степенью освещенности. Встроенный сенсор освещенности различает естественный и искусственный свет и поддерживает постоянный уровень освещенности в рабочей зоне.

Для достижения гарантированной работы PIR-датчика в реальных условиях эксплуатации совершенно недостаточно использовать для управления освещением качественные датчики известных и уважаемых производителей. Даже самый надежный и качественный датчик может плохо работать, если не соблюсти ряд правил при его подборе, установке и настройке.

Датчики отличаются между собой по ряду критериев, смысл которых необходимо понимать при подборе оборудования для работы в конкретных условиях.

По способу установки датчики подразделяются на настенные и потолочные. Диаграммы зоны чувствительности у них будут различные. И если установка потолочного датчика на стену в небольшой комнате, в большинстве случаев, не приводит к отрицательным последствиям, то установка настенного датчика на потолок, в большинстве случаев, приводит к нестабильной работе. Поэтому нестандартной установки лучше избегать, а в случаях, когда такая установка является единственно возможной, необходимо тщательно оценивать расположение зон детекции датчика.

Давайте посмотрим на зоны чувствительности настенного датчика PD 180i/R.

При установке на стене на высоте от 1,1 м до 2,2 м у датчика зона четкой детекции присутствия находится под датчиком и размер общей зоны, в которой он сможет определить движения человека, составит 8х16 метров. Однако, если мы его установим на потолке в одном из углов комнаты, у нас получиться, что зона четкой детекции «повиснет в воздухе».

В этом случае не стоит удивляться, что датчик не реагирует на мелкие движение человека, сидящего, непосредственно под ним, так как оптическая система сконструирована так, чтобы собирать максимум инфракрасного излучения в других сегментах, в которых люди при такой установке сидят слишком далеко от датчика.

Схожая ситуация происходит, когда датчик устанавливают выше рекомендованной высоты. В этом случае чувствительность датчика снижается пропорционально квадрату превышения. Говоря иными словами, если мы установили датчик на высоту в 1,5 раза выше рекомендованной, то его чувствительность снизится более чем в два раза.

Поэтому второй важный фактор – это рекомендуемая высота установки датчика. От высоты установки зависит конфигурация зон чувствительности датчика. Давайте рассмотрим зоны чувствительности датчиков присутствия на примерах моделей: PD-C360i/8 plus и PD-C360i/24 plus.

• Обнаружение при движении по направлению к датчику 

• По диагонали к датчику

• Рабочая область

• Обнаружение при движении по направлению к датчику

• По диагонали к датчику

Зона 1 – зона самой сверхчеткой чувствительности датчика присутствия. В этой зоне улавливаются мельчайшие движения человека (такие как: моргания век или мелкая моторика пальцев и т.п.);

Зона 2 – зона четкой чувствительности датчика присутствия. В этой зоне улавливаются небольшие движения человека (такие, как: шевеления руками, крупное шевеление пальцами и т.п.);

Зона 3 – зона детекции движения человека. В этой зоне гарантированно будут обнаружены крупные движения человека (такие, как: ходьба по помещению и т.п.).

С изменением высоты установки меняются размеры зон, однако, они меняются неравномерно. Рассмотрим это на примере таблицы.

Как видно из приведенной таблицы датчик присутствия PD-C360i/8 нам высоте установки 4 метра (вместо рекомендованных производителем 3 метров) становится датчиком движения, а на высоте 10 метров, уже превращается в бесполезный прибор. Проблема не в конкретном производи-теле датчика, а в ограничениях, накладываемых PIR-техно- логией. Просто нужно при подборе датчиков учитывать зависимость их чувствительности от высоты установки.

Еще одна важная характеристика датчика (для детекции) – какого типа движений людей он разрабатывался. Все датчики по этому признаку можно разделить на датчики детекции движения людей и датчики детекции присутствия людей.

Датчики движения конструктивно проще, рассчитаны на определение явных движений. То есть, они не рассчитаны на определение мелких движений сидящего человека. Причем PIR-элемент датчика многие мелкие движения будет обнаруживать, но их будет отфильтровывать электроника датчика, чтобы снизить количество ложных срабатываний. Кроме того, есть важная особенность датчиков движения по управлению с учетом естественной освещенности.

Датчики движения замеряют естественную освещенность в зоне только в момент детекции движения и больше не используют фактор естественной освещенности в алгоритме управления светом. Другими словами, датчик движения не выключит свет, когда в помещении станет светло, если в его зоне детекции постоянно находятся люди. Поэтому датчики движения нужно использовать в помещениях где не находятся постоянно люди и где отсутствует естественное освещение. Для таких помещений это является оптимальным решением.

В помещениях, где длительное время находятся люди, и присутствует естественное освещение, лучше использовать датчики присутствия. Такие приборы настроены на детекцию незначительных движений сидящего человека. Они постоянно отслеживают естественную освещенность и выключат свет в случае, если естественная освещенность превысит настроенное в датчике пороговое значение. Датчики присутствия часто обладают дополнительными функциями, такими, как:

• возможность поддержания заданного уровня освещенности методом автоматического изменения светового потока ламп (диммирование);

• наличие дополнительных реле управления нагрузками без учета освещенности с возможностью отдельной настройки таймера задержки отключения. Такая функция используется для управления вентилятором, подачи через «сухой контакт» (беспотенциальное реле) сигнала на выключение или перевод в экономичный режим на кондиционер или радиатор отопления, соленоидный клапан и т.п.;

• дополнительный вход для выключателя, что позволяет подключить к датчику присутствия кнопочный выключатель

И принудительно с него управлять освещением. При этом возможно настроить несколько режимов: включение только с выключателя с автоматическим отключением датчиком или с выключателя (полуавтоматический режим), автоматический режим с возможностью управления с выключателя, включение автоматические или с выключателя без возможности принудительного отключения с выключателя. Последняя настройка применяется в случаях, когда выключатель расположен снаружи помещения, чтобы исключить выключения света при нахождении в помещении людей;

• наличие аналогового выхода 0-10 V для передачи в системы BMS уровня освещенности в помещении; наличие возможности питания от 12-24 V для работы в системах BMS;

• наличие возможности питания от 12-24 V для размещения во влажных помещениях;

• наличие встроенного шумового сенсора, который включается при срабатывании датчика по движению и продляет время работы по наличию шума в помещении. Данная функция востребована, например, в ванных комнатах, когда человек находится в закрытой душевой кабине или за шторой. Обычный датчик присутствия, в случае нахождения человека за прозрачной перегородкой, погасит свет, так как его чувствительный элемент не будет определять движение человека. Датчик с микрофоном будет продлять наличие различных дополнительных функций. Датчики присутствия необходимо также применять с учетом наличия дополнительных функций. Применение датчиков с функциями, которые не используются, приводят к неоправданному удорожанию проекта. В то же время, часто не зная о дополнительных возможностях, которые присутствуют в определенных моделях датчиков, задачи решаются посредством стороннего оборудования, что выходит экономически менее выгодно, чем применить датчик с дополнительными функциями.

Например, в санузлах ставят на вентилятор дополнительное реле, которое включает вентилятор при включении света и выключает с небольшой задержкой после отключения света датчиком. При этом у большинства моделей качественных датчиков присутствия имеется второй канал для управления вентилятором, который можно настраивать независимо от канала управления освещением и логика, работы которого не зависит от естественного освещения.

Датчики производятся в виде самостоятельных устройств, которые сами непосредственно управляют нагрузками посредством встроенных в них реле и в виде интеллектуальных устройств, которые передают команды на управление нагрузками на специальные исполнительные устройства. Датчики второго типа могут работать в составе систем автоматизации различных производителей. В современные системы автоматизации можно включить и обычные датчики присутствия посредством подключения их релейных выходов к бинарным входам системы управления. Однако такое решение не всегда оправдано экономически и функциональные возможности специализированных интерфейсных датчиков присутствия значительно шире. Сегодня на рынке присутствуют модели для различных систем автоматического управления освещением и инженерными системами знаний. Описывать и перечислять их в данных рекомендациях нецелесообразно из-за крайне большого объема информации.

Датчики присутствия для систем автоматизации Датчики для микропроцессорных систем отличаются большим количеством моделей разных размеров и с достаточно широким набором функций. Если при управлении освещением необходимо реализовать различные сценарии управления, то самым оптимальным решением будет применить одну из микропроцессорных систем управления освещением, например, KNX (KNX – открытый протокол для автоматизации зданий). Для системы KNX выпускаются датчики присутствия большинством европейских производителей. Подобрать датчики для определенного дизайна, обычно не представляет труда. Кроме того, в одном проекте можно использовать оборудование стандарта KNX от различных производителей.

Отдельно предлагаем рассмотреть датчик присутствия стандарта DALI (например, производства компании «ESYLUX»; модель PD-C360i/24 Dali). Особенностью данного устройства является частичная реализация возможностей протокола DALI, которая одновременно является преимуществом и недостатком.

Модель поддерживает только широковещательные телеграммы в шине DALI, а это означает, что не получится реализовать сценарное и индивидуальное управление светильниками. В стандарте DALI предусмотрено три вида телеграмм:

- адресные (которые адресованы непосредственно одному устройству),

- групповые (которые адресованы группе устройств (их применяют для создания сценариев)),

- широковещательные (которые адресуются всем устройствам, подключенным к шине DALI).

DALI-датчики компании «ESYLUX», будучи ограниченными функционально DALI-устройством, являются экономически выгодным решением для синхронного управления светильниками с ЭПРА DALI, так как в одном приборе реализованы: детектор движения, фотореле, а также блок питания и контроллер DALI. Никакое дополнительное программирование в данном случае не требуется.

2. Датчики движения.

Датчики движения могут применяться для установки как внутри помещений, так и на улице. В данном случае важно иметь в виду не только защищенность приборов от воздействия окружающей среды. Достаточно много моделей датчиков присутствия для установки внутри помещений имеют степень защиты до IP 65.

Датчик для установки на улице, как правило, имеет иную реализацию алгоритма защиты от ложных срабатываний и меньшую чувствительность. Это сделано из-за наличия на улице большого количества факторов, способных вызывать ложные срабатывания. Особенно это будет заметно проявляться в зимний период. Из-за значительного температурного контраста датчик движения, предназначенный для установки внутри помещения, на улице может срабатывать на пробегающую по снегу мышь, поэтому необходимо обращать внимание на рекомендации производителя по установке датчиков движения и присутствия.

Основное отличие датчиков движения от датчиков присутствия состоит в том, что датчики движения менее чувствительны к перемещениям человека (нужны более крупные движения), и встроенный в них сенсор освещенности работает по иному алгоритму, чем в датчиках присутствия. Сенсор освещенности измеряет степень освещенности только при первой активации датчика движения. После этого датчик следит только за перемещением людей и не измеряет степень освещенности, поэтому внутри помещений датчики присутствия устанавливают в проходные и второстепенные помещения (например, коридор, тамбур, архив, комната инвентаря и др.). Датчики движения не имеют зон сверх чёткой детекции движений и их основная функция – включение/выключение освещения по присутствию людей.

3. Датчики освещенности.

Датчик освещенности (или сумеречный переключатель) представляет собой устройство с встроенным сенсором освещенности и реле для коммутации нагрузки. Датчик освещенности не фиксирует передвижения людей, а предназначен для включения и выключения групп светильников по меняющейся степени освещенности внутри и снаружи зданий.

Датчики освещенности применяют, в основном, для решения иного ряда задач, чем для датчиков движения или присутствия. Например, управление автоматическим включением и выключением наружной подсветки на здании. Датчику освещенности задается пороговое значение освещённости (Лк), при преодолении которого естественным образом, датчик подаст напряжение на группу светильников. Выключение произойдет также автоматически, когда утром пороговое значение по освещенности будет пройдено в обратную сторону. Данный сценарий работы предусмотрен, например, в модели датчика освещенности CDSi-A/ N16AX.

Возможны варианты, при которых датчик освещенности имеет встроенный временной таймер, и будет включать освещение при достижении порогового значения освещенности. Далее, освещение будет включено до заданного времени, затем выключится автоматически. Данная функция имеет смысл, когда на несколько часов можно отключать внешнее освещение зданий (например, с 01:00 до 06:00). Данный сценарий работы заложен в модели датчика освещенности CDS-A/T.

Все датчики освещенности рекомендуется устанавливать не в прямой видимости солнечных лучей, а также месте, и защищенном от попадания осадков (может привести к загрязнению светочувствительного элемента, и, соответственно, сбою в работе). При необходимости коммутации большой нагрузки (большей, чем позволяют возможности встроенного реле), рекомендуется применять внешнее реле (контактор). Датчик освещенности, в этом случае, передает сигнал на внешнее реле, и уже непосредственно контактор управляет группой освещения.

Настоящие рекомендации не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы и распространены без письменного разрешения ООО «ИЗИЛЮКС РУС».