Управление на осветителни системи с технологията EnOcean

Системите за управление на осветлението имат за цел да доставят точното количество светлина, където и когато е необходимо, при минимален разход на енергия. Употребата им прави възможно автоматичното включване, изключване или димиране на осветителните тела в определен момент или при настъпването на предварително дефинирани условия. Системите предлагат и възможност за индивидуален контрол, така че всеки потребител да може да настройва собствени нива на осветеност.

Въпреки неоспоримите им предимства, широкото разпространение на системите за контрол на осветлението е все още ограничено поради необходимостта от допълнителна инвестиция и сложната инсталация.

Разходите за труд, оборудване, изграждане на кабелни връзки, както и въвеждане в експлоатация, управление и поддържане на системите, води до колебание на пазара. Възможно решение на този проблем е EnOcean стандартът за безжична комуникация в сгради, който предлага екологична технология за управление на осветлението с автономно захранване.

Сензорите, предавателите и всички други устройства, базирани на EnOcean технология, не се нуждаят от електричество или батерии за функционирането си. Автономното им захранване използва електродинамични, термоелектрични, електромагнитни и други генератори, които усвояват енергията, създадена от леки промени в движението, налягането, светлината, температурата или вибрациите в помещенията.

Технологията е позната като еnergy harvesting, а преобразувателите на енергия - като еnergy harvesters. Специфично за нея е малкото количество произведена електроенергия и генерирането й само в определени интервали от време (понякога твърде къси), а не непрекъснато. Освен това преобразувателите не се нуждаят от поддръжка и в момента средният им експлоатационен срок, деклариран от производителите, е 20 години.

Немаловажна особеност са техните малки размери и тегло. Също така липсата на кабели и батерии прави системите по-гъвкави и ценово ефективни за проектиране, изграждане и експлоатация както в нови, така и в съществуващи сгради.

EnOcean радиопротоколът е оптимизиран за предаване на информация с най-голяма надеждност при използването на изключително малка мощност. Краткият период за предаване на телеграмата (<1 ms) позволява генерирането на сигнал с минимално количество енергия. С 50 mWs (50 mJ) енергия безжичният модул предава сигнал на разстояние до 300 метра (в открити площи).

В същото време надеждният безжичен пренос в системи с много сензори се увеличава, тъй като възможността за сблъсък на данни е силно намалена. EnOcean безжичните модули дават възможност за работа на голям брой предаватели в една и съща клетка при изключително нисък процент за грешка. Надеждността на преноса се оценява на 99,99% за 100 безжични сензора, които предават данни веднъж в минута.

EnOcean системата използва разпределена интелигентност, благодарение на която при излизане от строя на даден компонент системата продължава да функционира нормално. Всеки функционален възел разполага със собствен процесор, който обработва измерените от сензорите стойности и може да взема самостоятелни решения.

Всичко това осигурява безпроблемна инсталация и експлоатация на голям брой едновременно опериращи EnOcean сензори дори в големи сгради.
Продуктите, произведени в съответствие със стандарта, предлагат оперативна съвместимост - възможна е инсталацията на продуктова комбинация от различни производители и за широк избор от приложения.

EnOcean технологията предлага гъвкавост при планирането и реализирането на системите и лесна интеграция в съществуващите осветителни системи. Също така спестява от разходите за структурно окабеляване на сградата и улеснява евентуалните бъдещи реорганизации в интериора и предназначението на помещенията. Безжичните сензори и превключватели могат да се монтират навсякъде - върху стъкло, преградни стени, дървени елементи и дори мебели.

Сред предимствата на системата е и възможността за мащабиране. След като мрежата е създадена веднъж, тя може да се разраства и да покрива нови зони от сградата с малка допълнителна инвестиция. Необходимите допълнителни датчици, ключове и осветителни тела се инсталират лесно и се присъединяват към системата, без необходимост от добавяне на нова инфраструктура за контрол.

Разширяването на комуникационното покритие на безжичната мрежа я прави още по-надеждна и повишава нейната себестойност, тъй като предоставя възможност за контрол на осветлението в по-голям мащаб с използване на същия интерфейс.

Като алтернативни технологии за безжично управление на осветлението могат да се използват и други мрежови протоколи като например IEEE 802.15.4, ZigBee, Z-wave, NanoNET и др. Стандартът IEEE 802.15.4 е разработен специално за унифициране на приложения с ниска скорост на обмена на информация в честотни обхвати, неизискващи лиценз. Отнася се най-вече за устройства с батерийно захранване, към които са поставени изисквания за дълъг живот.

Стандартът регламентира три скорости на информационен обмен - 250 kbps, 40 kbps и 20 kbps, съответно за честотите 2,4 GHz, 915 MHz и 868 MHz. Максимално допустимата мощност на предавателя във всички обхвати е 10 mW, която може да осигури обхват на покритие до 500 m в свободно пространство с добра предавателна антена. Независимо от това, като средна стойност се приемат лесно реализируемите 75 m в свободно пространство и 20-30 m в сгради. Минималното разстояние между предавателя и приемника може да е 1 m.

Технологията ZigBee включва в себе си стандарта IEEE802.15.4 и някои допълнения към него. Безжичната мрежа притежава свойството да се самоорганизира и самовъзстановява, тъй като мрежовите устройства в момента на включване самостоятелно формират мрежата, като се идентифицират едно с друго.

При повреда в някое от тях мрежата самостоятелно се възстановява и намира нов маршрут за предаване. Данните се предават със скорост 250 kbps, което включва и служебната информация на мрежата. Безжичната мрежа ZigBee работи в диапазоните на честотните канали 868 MHz, 915 MHz, 2,4 MHz.

В помещенията радиусът й на действие е няколко десетки метри, а навън - до няколкостотин метра. Използват се микросхеми на приемопредаватели, допълнени с комплекти от библиотеки, които реализират протоколите ZigBee. При приложението й обикновените електрически ключове се заместват с такива, задействани дистанционно чрез ZigBee, но могат да имат и допълнителни възможности като самостоятелно включване при наличие на човек в помещението или регулиране на осветеността.

Z-Wave протоколът за безжичен пренос на данни е разработен в лабораториите на датската компания Zensys и подкрепян от Z-wave Alliance. Технологията позволява пренос на информация на къси разстояния при минимален разход на енергия. Устройствата, базирани на Z-wave протокола, реализират не много високата скорост от около 40 Kbit/s в радиус от приблизително 30 m.

За разлика от Wi-Fi и други стандарти за пренос на данни, предназначени предимно за големи потоци от информация, Z-Wave работи на честоти до 1 GHz, оптимизирани за лесно прехвърляне на команди (например включване/ изключване, димиране и т. н.).

Изборът на ниско радиочестотните ленти се дължи на малък брой потенциални източници на смущения, за разлика от натоварения обхват 2,4 GHz, при който е необходимо да се вземат мерки за намаляване на потенциалните смущения от различни домакински безжични устройства.

За безжичен контрол на осветлението се използва и технологията NanoNET, продукт на берлинската компания Nanotron Technologies, която изследва безжични технологии с малък радиус на действие и разработва протоколи за мрежи от датчици. За предаване на данните се използва линейно-честотна модулация, която е в основата на технологията NanoNet. Приемопредавателите са в честотен диапазон в 2,4 GHz.

Предаването на информацията е със скорост до 2 Mbit/s при наличие на смущения, а обхватът е до няколкостотин метра. Ширината на честотния канал е 64 MHz (такава ширина обаче не позволява в едно помещение да се използват повече от две мрежи) и е много по-голяма от тази, която се ползва при технологиите ZigBee и Bluetooth.