Разпределена интелигентност в управлението на осветлението

Интелигентните системи за управление на осветлението допринасят значително за ефективното функциониране на търговските, публични и офис сгради. С оглед на стремежа на производителите към непрекъснато разработване на нови технологии в областта на управлението на осветлението, перспективата по отношение на създаването на все по-умни и интуитивни решения изглежда очевидна. За да останат конкурентни в редица приложения, съвременните системи за управление на осветлението трябва да могат да вземат автономни решения кои осветителни тела да се включат или изключат и с каква яркост да светят въз основа на информацията за околното пространство.

На практика голяма част от модерните системи за управление на осветлението, въпреки че са изградени с фокус върху гъвкавостта, са прекалено сложни. До голяма степен това произтича от факта, че са адресируеми. Такива платформи изискват централизиран контрол над мрежата и възможност да идентифицират и комуникират с всеки компонент на системата, за да функционират. Тяхната комплексна структура се усложнява поради наличието на множество сензори, осветителни тела и свързано с тях оборудване, които трябва да бъдат наблюдавани и управлявани.

Иновациите при технологиите за управление на осветлението създават ново поколение интелигентни разпределени системи, основани на биомодели, заимствани от природата, например от поведението на рибни пасажи. В инженерен контекст разпределената интелигентност се отнася до способността на отделните системни компоненти да вземат свои собствени решения въз основа на наличната информация в непосредствена близост. Т. нар. разпределен интелект е свързан с отделянето на системните компоненти от централния контролен/команден модул. От съществено значение е, че тези компоненти няма нужда да разпознават идентичността на съседите си, нито да използват средства за трасиране. Системите, базирани на разпределена интелигентност, са способни да преодоляват някои традиционни проблеми във връзка с централизирания контрол, като опростяват процесите вместо допълнително да ги усложняват.

Същност на концепцията

Концепцията за разпределена интелигентност в системите за управление включва интегрирането на микропроцесор в дадено устройство и изпращането и получаването на съобщения от други устройства с микропроцесор в тях. В потребителския сектор преносимите компютри, клавиатури, мишки и принтери могат да правят това от десетилетия. През последните години разпределената интелигентност намира все по-голямо приложение и в управлението на осветителни тела. Т. нар. "светлинен отпадък" от лампите, които са включени, когато не е необходимо, може да бъде премахнат чрез инсталиране на реле и фотосензор или таймер в системата. Някои фотосензори и таймери имат вградени релета, но това налага потребността от електротехник, който да намери платката, да локализира разклонителната кутия и да ги включи към електрическата мрежа при инсталация.

Най-простото решение за управление е безжичен контролер, който комуникира директно с осветителните тела или осветителната мрежа. Използването на компютър с часовник, синхронизиран със съответната часова зона, може да осигурява целогодишно управление на осветлението – например то да се включва привечер и да се гаси в даден час късно вечер. Компютърът може да получава допълнителна информация и от фотосензори. Така, ако се появи буря през деня, лампите ще се включат, независимо че зададеният час за включване все още не е настъпил.

Концепцията за разпределена интелигентност се прилага както в осветителни тела, така и в осветителни вериги. След като бъде реализирана основната разпределена архитектура, могат да бъдат създадени всякакви други приложения с използването на съответния фърмуер, софтуер и готов за използване хардуер.

Системна архитектура

В една напълно разпределена интелигентна система за управление на осветлението всеки компонент може да функционира сам – механично и електрически. Компонентите вземат всички решения на локално ниво, но действат групово като кохерентна система. Системата работи на базата на решенията на всяко осветително тяло с интегриран сензорен възел. Сензорният възел включва сензор за движение, сензор за околна светлина, инфрачервен предавател и инфрачервен приемник, които позволяват безпроблемна безжична комуникация между осветителните тела.

В офис среда например присъствието на човек в зоната на обхват на дадена лампа ще я накара да се включи. Едновременно с това осветителното тяло ще предаде съобщение към своите преки съседи, като ги предупреди за факта, че е регистрирана активност на разстояние една лампа от тяхното местоположение. Осветителните тела от ниво 1 се включват с предварително зададено ниско ниво на светлинно излъчване, което съответства на разстоянието от мястото на активност и предава съобщение до ниво 2, което инструктира непосредствените им съседи да се активират по същия начин. Съобщението се разпраща бързо из целия офис, като информира всеки сензорен възел за неговата близост до източника на движение.

Инфрачервените съобщения, които се предават от възел към възел, съдържат информация за присъствието на хора, специфична за конкретното местоположение в реално време. Тази информация е известна като "информационен облак за присъствието" (occupancy information cloud, OIC). Той предоставя важни данни за присъствието на хора на цялата система, позволявайки на всеки възел да съчетава информацията с данните от околната светлина, за да взема логически индивидуални решения.

Енергийна ефективност и предимства

Една разпределено интелигентна система може да реализира значителни енергоспестявания в сравнение с традиционните системи с цифров сериен интерфейс, базирани на таймери. Тя може да отговори и на нарастващите изисквания за подобрен комфорт на хората в търговските, публични и офис сгради, както и на стремежа към по-ефективно работно осветление. Разпределената интелигентност предоставя редица ключови функции, които липсват при конвенционалните адресируеми системи. Тези функции позволяват значителни икономии на енергия и високи нива на комфорт за служителите и спомагат за покриването на множество изисквания на сертификати за устойчиво проектиране като Green Star.

Технологиите, базирани на разпределена интелигентност, са от типа plug & play и на теория са безкрайно мащабируеми. Тъй като цялата технология за управление се намира в осветителното тяло, не е нужно да се инсталира и програмира никаква външна инфраструктура. Сензорните възли нямат уникална идентичност или адрес, което означава, че системата ще продължи да функционира, дори ако са премахнати едно или повече осветителни тела. Добавянето на осветителни тела е също толкова опростено – новата лампа ще започне да приема и изпълнява команди и да събира данни за присъствие, веднага щом бъде свързана към системата.

Системите за управление, базирани на таймер, са предназначени да изключват светлините, независимо от това дали все още има хора в стаята. Адресируемите системи пък не могат да поддържат плътното разпределение на сензорите, необходими за надеждно откриване на хора в обхвата на осветителното тяло, или да осигурят динамично зониране по начина, по който разпределената система може.

Предизвикателства

Основен ключ към ефективен енергиен мениджмънт е интеграцията на сградните системи. Предвид разнообразието от технологии, използвани в сградите, един от най-простите начини за подобряване на тяхната колективна ефективност е всяка система да има достъп в реално време до обща, специфична за местоположението информация за присъствието на хора.

Високотехнологичното управление на осветлението е сравнително нов феномен. Първоначално логиката на най-малкото съпротивление при разработването на нови системи беше те да са изградени върху мрежовата архитектура на по-зрели системи, като например платформи за сграден мениджмънт (BMS), пряко зависими от адресируемата парадигма. В допълнение, доскоро разходите за интегриране на сензори във всяко устройство от системата за управление на осветлението бяха значителен ограничаващ фактор. През последните няколко години обаче цената на микроелектронните изделия като процесори и сензори намаля значително, което позволи на разработчиците и производителите да предприемат огромни стъпки напред в разработката на нови технологии за управление на осветлението.

Облачни и хибридни решения

Истинската сила на разпределената система е в облака. Сензорните възли на системата могат да използват информацията от облачна платформа, за да контролират нивата на осветление. По-стратегическото използване на облачните услуги е сред ключовите задачи на осветителния сектор в стремежа към пълна интеграция на сградните системи.

Хибридни системи, които интегрират разпределената интелигентност със съществуващите сградни системи, биха могли да предоставят на всички услуги и технологии в сградата лесен достъп до информацията за присъствието на хора в отделните зони и помещения. Една хибридна система би позволила и опростено изпълнение на задачи като защита от претоварване или управление на потреблението. Такова решение би могло още лесно да намали електрическото натоварване на осветителната система, като изпрати проста команда по облака до всяка лампа. Съобщението може да съдържа инструкция осветителното тяло да превключи към режим на ниско натоварване, когато електрическата мрежа е натоварена. Само един сензорен възел, свързан към BMS, може да получи командата от централна точка и да я предаде към осветителните тела на цял етаж.