Схеми управління освітленням

Схеми управління освітленням.

Схеми управління освітленням вже неодноразово розглядалося в літературі і на сторінках різних інтернет-сайтів електротехнічної спрямованості. Тому, тут ми постараємося в загальних рисах охопити різні існуючі рішення. Найпростіші схеми управління одно- або Двоклавішний вимикачем всім відомі і, отже, мало кому цікаві, тому перейдемо відразу до розгляду схем управлінням освітлення з декількох місць.

Почнемо з конкретної простій ситуації - припустимо, у вас в заміському будинку два поверхи. Увечері ви піднімаєтеся по сходах на другий поверх. Природно, потрібно включити світло на сходах. Включаємо на першому поверсі. Піднімаємося на другий поверх. Тепер світло на сходах потрібно відключити. А як це зробити, якщо вимикач встановлений на першому поверсі? Природно, напрошується очевидний відповідь - управління світильниками має здійснюватися з двох місць - з першого і другого поверху. На перший погляд нічого складного - досить встановити на кожному поверсі по вимикача, які включені паралельно і управляти ними незалежно один від одного. Але така схема працювати за потрібною нам алгоритму не буде - з її допомогою можна включити світло з будь-якого з двох вимикачів, але відключити - тільки з того, з якого було зроблено включення - тому що один вимикач у включеному стані заблокує роботу іншого. Отже, для розглянутої ситуації зі сходами, дана схема абсолютно неприйнятна.

Для реалізації управлінням освітленням з двох місць необхідні спеціальні вимикачі, які називаються прохідними. Взагалі, в даній ситуації термін «вимикач» неправильний. Це «перемикач», тому що він має три контакти - один рухливий і два нерухомих. Залежно від положення клавіші перемикача рухливий контакт замикається або з одним, або з іншим нерухомим контактом. Але що б не заплутатися в термінах, будемо називати цей перемикач прохідним вимикачем.

Включивши два таких вимикача за схемою, приведеною на малюнку 1, ми отримаємо можливість управляти одним світильником (або декількома одночасно, якщо вони з`єднані паралельно) з двох точок незалежно один від одного. Рухливими (переключающими) контактом на цій схемі є контакти, виділені синім кольором.

Рис.1. Управління одним світильником з двох точок.

Особливістю прохідних вимикачів є те, що вони не мають суворого положення клавіші. Якщо в звичайному вимикачі, як правило, включеним становищем є натискання вгору, а вимикання вниз, то в прохідному вимикачі положення «включено-виключено» буде залежати від положення другого вимикача. Якщо припустимо, ви включили світло з першого вимикача, «клацнувши» його вгору, а з другого відключили, то наступного разу при включенні світла першим вимикачем, його необхідно «клацнути» вниз.

Крім одиночних, існують здвоєні прохідні вимикачі. Вони дозволяють управляти з двох місць двома незалежними світильниками. Це фактично два одиночних прохідних вимикача в одному корпусі. Схема з`єднання таких вимикачів, показана на малюнку 2.

Рис.2. Управління двома світильниками з двох точок.

Але іноді ситуація вимагає управління не з двох, а з трьох і більше місць. Тут вже одними прохідними вимикачами не обійтися. Схему необхідно доповнити четирёхконтактимі перемикачами - так званими хрестовими вимикачами. Крестовой вимикач має чотири контакти і більш складну конструкцію, в порівнянні з прохідним вимикачем. Він встановлюється «в середині» схеми - тобто перший і останній вимикачі в колі освітлення будуть прохідними, а все у всіх «проміжних» точках повинні бути встановлені хрестові вимикачі. Як приклад на малюнку 3 показана схема управління світильником з трьох точок.

Рис.3. Управління світильником з трьох точок.

Схема управління за допомогою прохідних і хрестових вимикачів є не найоптимальнішим рішенням, коли потрібно керувати освітленням з трьох і більше місць. Таку схему управління значно простіше організувати за допомогою двустабільних. або як їх по іншому називають, бістабільних реле. Дане реле являє собою електронну схему тригера - пристрою з двома стійкими станами і управляється короткочасним імпульсом, що подається на його вхід. Це дозволяє використовувати для управління освітленням не зафіксованим вимикачі (кнопки). Всі кнопки включаються паралельно один одному, що дозволяє значно спростити схему і відповідно монтаж освітлення. Зазвичай таке реле являє собою стандартний 17,5мм модуль, що встановлюється на DIN - рейку і монтується в розподільній шафі (рисунок 4)

Рис.4. Зовнішній вигляд двустабільного реле.

Показане в якості прикладу двустабільное реле, в залежності від модифікації, може мати один нормально-розімкнутий контакт, два нормально-розімкнутих контакту або нормально-розімкнутий і нормально-замкнутий контакт. Такі реле можуть працювати як в мережі 230В, так і при напрузі 24В. Схеми включення двустабільного реле показані на малюнку 5.

Рис.5. Схеми включення двустабільного реле.

Для реалізації схеми управління освітленням на двустабільном реле найзручніше задіяти його нормально-розімкнутий контакт. У наведених обох схемах таким контактом є контакт, який має виходи 1-2. Кількість кнопок управління може бути будь-яким, і всі вони включені паралельно. Перше натискання на яку кнопку подасть керуючий рівень напруги на вхід А1, що викличе включення реле, замикання контакту і відповідно включення освітлення, друге натиснення - відключення і так далі по колу. Перевага даної схеми від розглянутої вище схеми на прохідних вимикачах - відсутність необхідності застосування хрестових перемикачів і значно простіший монтаж системи освітлення. Недолік - застосування спеціального двустабільного реле. Але при наявності такого реле, дана схема є найбільш оптимальною як в плані монтажу, так і подальшого відшукання несправностей.

Окремо необхідно зупинитися на таких пристроях, як светорегулятори (диммери). Вони дозволяють управляти яскравістю світіння лампи. Існують регулятори для різних типів світильників - з лампами розжарювання, з люмінесцентними лампами, галогенними і т.д. Для прикладу наведемо зовнішній вигляд і схему включення дистанційно керованого з різних точок діммера для ламп розжарювання (рисунок 6). Як видно зі схеми, включення кнопок управління в цьому диммерами виконується аналогічно схемі управління за допомогою двустабільного реле - всі вони включені паралельно і їх може бути скільки завгодно. Для забезпечення захисту диммер включається через автоматичний вимикач. Сумарна потужність ламп може становити Потужність 600 Вт. Схема включення для люмінесцентних ламп аналогічна, відмінність тільки в тому, що використовується інший тип регулятора.

Рис.6. Схема включення дистанційно керованого підсвічування.

Такий тип підсвічування монтується в розподільній шафі на DIN рейку. Однак в більшості випадків в побуті використовують диммери, які встановлюються замість існуючих вимикачів. Вони мають посадочні розміри, як і стандартний вимикач. Зовнішній вигляд діммера показаний на малюнку 7. Регулювання здійснюється обертанням ручки потенціометра - при обертанні за годинниковою стрілкою яскравість лампи зростає, проти годинникової стрілки - зменшується. Іноді управління проводиться за допомогою кнопок. Силовим регулюючим елементом у схемі діммера є симистор (Тріак).

При заміні звичайних вимикачів диммерами не слід забувати один дуже важливий нюанс - існують диммери, які включаються в розрив харчування світильника, а деякі вимагають постійно наявності живлення 230В. У першому випадку ніяких питань по заміні не виникає - диммер просто включається замість вимикача. У другому випадку необхідно в посадкову коробку привести додатковий нульовий провід - для забезпечення повного живлення 230В. Тому, якщо не проводиться реконструкція електропроводки, то перший спосіб явно краще. Схеми включення різних типів диммеров показані на малюнку 8.

Рис.8. Включення різних типів диммеров.

Розглянуті вище способи управління освітленням при всьому їх зручність, мають один момент, а може для когось і недолік - для включення або відключення освітлення необхідно підійти до вимикача. Чи не прив`язуватися до вимикача і одночасно регулювати яскравість дозволяють електронні дистанційні вимикачі. Вони бувають як з керуванням на інфрачервоних променях (ІК), де в якості пульта управління застосовується пульт від будь-якої побутової техніки, так і з управлінням по радіоканалу. Як приклад вимикача, керованого по ІЧ-каналу, можна назвати широко відомий вимикач «Сапфір» (малюнок 9). Він дозволяє як вмикати / вимикати світло, так і плавно регулювати яскравість світіння лампи. При всіх його достоїнствах, як недолік необхідно відзначити те, що управляти цим вимикачем можна тільки в межах прямої видимості, на скільки вистачить «дальнобійності» пульта управління - як правило, не більше восьми метрів.

Рис.9. Зовнішній вигляд вимикача «Сапфір».

Вимикачі, що працюють по радіоканалу. позбавлені такого недоліку, як управління тільки в межах прямої видимості. Радіосигнал може проходити і через різні перешкоди - стіни, перекриття і т.д. До певної міри, звичайно. У таких вимикачах, як правило, використовують частоту 433 або 492 МГц, на які не потрібно отримання дозволу в органах радіонадзора. Вихідна потужність у передавачів для таких пристроїв не більше 10 мВт.

Дистанційно керовані вимикачі (як по ІК, так і по радіоканалу), можуть бути як одноканальними (дозволяють управляти тільки одним навантаженням), так і багатоканальними. Багатоканальні вимикачі зручні тим, що їх можна розмістити, наприклад, в розподільній шафі і звести об`єкти управління в одну точку. Одноканальні вимикачі розміщують зазвичай в розподільних коробках лінії освітлення. Приклад реалізації одноканального радіовиключатель, що монтується в розподільну коробку, показаний на малюнку 10. В обов`язковому порядку, як в одноканальних, так і в багатоканальних вимикачах передбачається місцеве (ручне) управління на випадок виходу з ладу пульта управління.

Рис.10. Одноканальний радіовимикач.

Радіокеровані вимикачі, хоча і мають значно більший радіус дії, ніж вимикачі, побудовані на інфрачервоних променях, проте і він обмежений - як правило, не більше 100 метрів (хоча бувають різні варіанти). Але що робити, якщо потрібно увімкнути освітлення або будь-яку іншу навантаження, перебуваючи за десятки і сотні кілометрів від керованого об`єкта? А це не така вже й марна функція - наприклад, віддалене включення освітлення в заміському будинку дозволить створити ефект присутності господарів, в зимовий час включити підігрів теплої підлоги, що б до вашого приїзду в будинку було тепло, влітку включити кондиціонер і т.д. Ось тут на допомогу і приходять системи, керовані дистанційно по лініях стільникового зв`язку або через Інтернет. Такі пристрої зараз досить широко представлені на ринку. Автор даної статті свого часу так само самостійно розробляв чотириканальний «вимикач» по GSM. Його зовнішній вигляд показаний на малюнку 11.

Рис.11. Чотирьохканальна пристрій управління і контролю.

Це пристрій, що одержав назву багатофункціонального пристрою управління і контролю. має вбудований модуль GSM. Для його використання досить підключити до вихідних каналах необхідні навантаження і вставити активовану SIM карту. Доступ до управління відбувається наступним чином - проводиться дозвон на номер встановленої SIM карти, після запрограмованого числа посилок викликів пристрій підключається до лінії і необхідно ввести з клавіатури телефону встановлений пароль. Якщо пароль неправильний, пристрій відключається від лінії, якщо правильний - можна управляти (включити або відключити) будь-який з чотирьох навантажень. Даний проект є некомерційним, вся документація про нього, в тому числі і прошивка мікроконтролера, викладені у вільному доступі і будь-який бажаючий, що має певні пізнання в області електроніки може виготовити його самостійно. Більш детально ознайомитись з цим пристроєм, а так само завантажити з нього всю документацію, можна за цим посиланням Пристрій управління і контролю.

Всі наведені вище схеми управління мають одну загальну ознаку - вони управляються по команді людини, іншими словами - оператора. Але є цілий клас пристроїв, які можуть працювати без безпосередньої участі людини. До них відносяться реле управління по команді з датчика освітленості. датчика руху і за встановленим раніше тимчасового алгоритму. Реле з датчиками освітленості (фотореле) часто використовують для управління вуличним освітленням - при настанні темряви вони включають світильники зовнішнього освітлення. Поріг спрацьовування таких реле можна регулювати залежно від рівня освітленості. Зовнішній вигляд фотореле разом з датчиком показаний на малюнку 12. Воно містить один керуючий контакт, який дозволяє управляти світильником безпосередньо з реле, або, при великих навантаженнях, через додаткове силове реле (контактор).

Рис.12. Фотореле з датчиком.

Реле, які керують навантаженням по заданому тимчасовому алгоритмом, називаються програмованими таймерами. У них прописується потрібний час включення і відключення навантаження. Іноді таймери інтегрують разом з фотореле. Для чого це потрібно? Припустимо, нам потрібно включити зовнішнє освітлення по настанні темряви, потім з години ночі його відключити, о четвертій ранку знову вмикати та вимикати вранці, коли стає ясно. Для цього фотореле і таймер збирають в послідовний ланцюг. При настанні темряви фотореле включить світильник, але в першій годині ночі таймер розірве ланцюг і світильник згасне. Потім о четвертій ранку таймер знову збере ланцюг - світильник включиться. І нарешті, коли стане ясно, світильник вимкне вже фотореле.

Залежно від модифікації таймера, в ньому можна запрограмувати події від доби до одного року. Різновидом таких таймерів є астрономічні реле. Як правило, ці реле теж використовують для керування зовнішнім освітленням - як вхідний величини в нього вводяться географічні координати місцевості, а пристрій вже на підставі цих відомостей саме розраховує, коли потрібно ввімкнути або вимкнути освітлення. Зовнішній вигляд деяких типів таймерів наведено на малюнку 13.

Рис.13. Зовнішній вигляд деяких типів програмованих таймерів.

І на закінчення, зупинимося на управлінні освітленням за допомогою інфрачервоних датчиків руху. Схожі датчики застосовуються в охоронних системах для фіксації наявності людини в зоні, що охороняється. Тільки там датчики призначені для того, що б при їх спрацьовуванні охоронна система відправила тривожний сигнал на пульт позавідомчої охорони. У нашому випадку спрацьовування датчика має увімкнути освітлення на певний час. Якщо по закінченні цього часу активності (руху) в контрольованій зоні не спостерігається, освітлення вимикається. В іншому випадку, освітлення залишається включеним на ще такий же часовий інтервал. Використання світильників, керованих датчиками руху дуже зручно в місцях загального користування - на сходових клітках і коридорах багатоквартирних будинків. Дуже добре підходять такі світильники і для зовнішнього освітлення, наприклад, у дворі будинку. Вони дозволяють не тільки зручно керувати освітленням, а й економити електроенергію, що в наш час досить актуально. Зовнішній вигляд світильника з інтегрованим ІК-датчиком показаний на малюнку 14.

Рис.14. Зовнішній вигляд світильника з ІК-датчиком.

Звичайно, в рамках однієї невеликої статті неможливо охопити всі існуючі сучасні способи управління освітленням. У ній я спробував розглянути найбільш традиційні і часто використовувані. Якщо у Вас є питання, зауваження, доповнення - пишіть їх в коментарях, продовжимо обговорення цього досить цікавого і актуального питання.