Руководитель: к.т.н., доцент, доцент каф. естественно-научных дисциплин (ЕНД) Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева (Набережные Челны) Балабанов И.П.
На сегодняшний день вопрос актуальности энергосбережения и повышения энергоэффективности приобретает особую значимость. Тема экономии энергии обсуждается как на уровнях предприятий, так и на уровне государственной власти.
Система освещения является одной из важнейших составляющих производства, с помощью, которой обеспечиваются оптимальные условия труда и безопасность технического персонала [1]. Для производственного освещения главными критериями являются высокое качество и надежность системы, энергоэффективность и энергосбережение, большой срок службы и минимальные требования по необходимому техобслуживанию.
Для энергоемких производственных предприятий важным аспектом является энергосбережение, а современные технологии в освещении, например, применение светодиодных светильников, управляемых интеллектуальными системами освещения, позволяют существенно (до 50 %) снизить затраты на электричество и на техническое обслуживание и эксплуатацию системы[2].
Проведение комплексных работ по модернизации систем освещения позволяет повысить качество, безопасность и энергоэффективность системы освещения основных производственных линий предприятий с учетом современных отраслевых стандартов.
В области освещения твердотельные источники света постепенно вытесняют традиционные лампы. В связи с этим проблема выбора подходящего стандарта управления освещением становится более актуальной.
Рассмотрим способы управление осветительной системой для машиностроительного предприятия.
Аналоговое управление осуществляет регулирование уровня яркости с помощью изменения напряжения. Наиболее распространенным диапазоном изменения напряжения являются уровни 0–10 В, пропорционально напряжению изменяется сила света, при этом требуются только две линии: внешний управляющий сигнал и общий обратный провод. Управляющий ток обычно находится в пределах 1– 4 мА.
Основном недостатком аналогового управления можно считать сложность управления большим количеством ламп, так как требуется соответственное количество линий управления. Второй недостаток связан с затуханием сигнала в продолжительных линиях. Кроме того, аналоговый сигнал подвержен шумам, внешним помехам и перебоям на линии заземления.
Для аналогового управления можно выделить 2 ключевых вида управления: управление по напряжению и с использованием широтно-импульсной модуляции(ШИМ) [3].
При управлении освещенностью по электросетям напряжение сети поступает на источник света и ограничивается по амплитуде в соответствии с необходимой величиной светового потока. Чаще данный стандарт используется для управления силой света ламп накаливания. Регуляторы освещения делят на две группы: в первых регуляторах ограничение сетевого напряжения производится по переднему фронту, а во-вторых – по заднему фронту (рисунок 1), при этом сила света регулируется отсеканием фронта напряжения электросети [3].
Рисунок 1 – Ограничение напряжения электросети
Цифровое управление может быть реализовано с использованием одного источника питания или контрольной линии. Управление выполняется путем передачи импульсов, группа импульсов является комбинации единиц и нулей – двоичным числом. Передача данных осуществляется по всей линии управления и охватывает все управляемые устройства, но исполняет сигнал только одно устройство– которому сигнал предназначен. Это происходит за счет разделения сигнала на адресный и информационный. Уникальный адрес присваивается каждому исполнительному устройству – диммеру и этому адресу устройство определяет, что управляющий сигнал предназначен ему. Способ организации линии передачи сигналов между диммерами и контроллером вместе с техническими средствами называется интерфейсом [5].Принцип регулирования методом широтно-импульсной модуляции(ШИМ) основан на распределении напряжения с прямоугольными импульсами, путём его быстрого циклического включения и выключения[4].Соотношение между включенными и выключенными уровнями и дает среднее напряжение (рисунок 2).Смена включённого и выключенного состояний лампы происходит достаточно быстро, и пользователь не замечает мерцания [5].Недостатком ШИМ является создание помех в электросети из-за импульсов блока, а также, в некоторых случаях, ШИМ может быть причиной быстрой утомляемости глаз.
Рисунок 2 –Управление яркостью ламп с применением ШИМ
Для организации максимально эффективного управления освещением на производстве наиболее целесообразно применять цифровое управление. Хотя при таком подходе стоимость организации освещения будет выше, но за счет меньшего количества каналов связи и внедрением энергосберегающих алгоритмов стоимость такого подхода будет незначительно выше. При этом значительно возрастет энергоэффективность управления.
Для снижения стоимости организации освещения рекомендуется смешивать цифровое управление с аналоговым. Здесь на начальном этапе необходимо ставить цифровое управление, позволяющие минимизировать затраты, связанные с прокладкой каналов связи и оптимизировать энергозатраты, связанные непосредственно с освещением. На конечных этапах использование аналогового управления позволит сократить затраты на оборудование, необходимое для цифрового управления, при этом ликвидируются основные недостатки обоих типов управления. Так, количество регулируемых источников и длина каналов управления при аналоговом управлении сократиться, а помехи, создаваемые цифровым управлением, легко устранятся на этапе сопряжения 2х систем.
Библиографический список
- Балабанов И.П. Анализ связей между функциональными и точностными показателями качества//Наука и практика. Диалоги нового века Материалы конференции. 2003. С. 13-14.
- Alan Cooper, Robert Reimann, Dave Cronin About Face 3: The Essentials of Interaction Design. — Wiley, 2007. — 610 с. — ISBN 978-0-470-08411-3. (англ.)
- Vladimir Gurevich Electronic Devices on Discrete Components for Industrial and Power Engineering, CRC Press, London — New York, 2008, 418 p.
- Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) [Электронный ресурс] //Что такое ШИМ? URL: http://tanalin.com/articles/translations/pwm/
- Управление светодиодным освещением [Электронный ресурс] //Диммирование URL:http://luch-tv.ru/2011-11-16-10-28-01/publikacii-za-nojabr-2013/item/5671-upravlenie-svetodiodnym-osveshcheniem.html