Решения MEAN WELL для освещения в системе «умный дом»
23 сентября 2020
Софья Букреева (г. Протвино)
Протокол KNX предлагает потребителям комплексную систему управления освещением и функциями безопасности – как центральную, так и распределенную. Компания MEAN WELL выпускает ряд изделий с поддержкой протокола KNX – LED-драйверы серии LCM-KN, а также блоки питания KNX-20E и KNX-40E.
Спрос на удобство и универсальность в управлении освещением растет, при этом особенно важным становится эффективное использование электроэнергии. Стандарт KNX отвечает всем тенденциям развития автоматизации систем, сочетая в себе широкую функциональность и простоту применения. Компания MEAN WELL является одним из сертифицированных производителей продуктов с поддержкой KNX и предлагает ряд решений для систем освещения.
Протокол KNX для управления устройствами и системами в «умном доме»
Широко известный международный стандарт KNX, созданный для автоматизации жилых, коммерческих и промышленных зданий, является открытым и соответствует условиям EN 50090, EN 13321-1 и ISO/IEC 14543. Он предназначен для использования как в небольших частных домах, так и в крупных промышленных зданиях, в том числе – в наружных системах, и легко интегрируется как в новые, так и в существующие строительные конструкции.
Более 300 производителей выпускают различную продукцию в соответствии со стандартом KNX. Официальная сертификация гарантирует совместимость и быструю интеграцию продуктов, что обеспечивает высокую гибкость при расширении и модификации систем управления. Соответствие продукции KNX проверяется в независимых лабораториях.
Все возможные задачи управления, включая освещение, управление жалюзи, системы безопасности, отопление, кондиционирование, вентиляцию, энергопотребление, бытовую технику и многое другое, могут быть выполнены с помощью технологии KNX. KNX предлагает удобство управления и повышает безопасность, а также способствует экономии до 50% энергии. Снижение затрат на электроэнергию обеспечивается за счет постоянного мониторинга и корректировки рабочих настроек для любого устройства, подключенного к шине KNX.
Шина KNX устанавливается параллельно силовому кабелю во время строительства или ремонта и является главным связующим компонентом, к которому подключаются все устройства: датчики, приводы, контроллеры и так далее. Доступ к шине для управления параметрами можно получить через локальную сеть или напрямую (посредством подключения «точка-точка»), с помощью компьютеров, планшетов и смартфонов. При этом на основе KNX можно организовать как центральную, так и распределенную систему управления.
KNX поддерживает несколько физических сред передачи данных посредством:
- витой пары KNX TP, с помощью которой передача данных осуществляется по отдельному кабелю;
- линии электропередачи KNX PL (используется сеть электроснабжения);
- радиочастоты KNX RF, на которой передача данных происходит посредством радиосигналов;
- IP/Ethernet KNXnet/IP, который используется в сочетании со спецификациями KNXnet/IP, позволяющими инкапсулировать кадры KNX в кадры IP.
Для реализации проектов в стандарте KNX предусматриваются два способа:
- S-mode для сертифицированных проектировщиков, при котором проектирование и настройка выполняются с помощью программного пакета ETS и с использованием баз данных ETS;
- E-Mode для несертифицированных проектировщиков, при котором упрощенная настройка осуществляется с помощью контроллеров, функциональность продуктов при этом ограничена.
Программный пакет ETS позволяет проектировать и настраивать все сертифицированные продукты KNX. Пакет не зависит от производителя, что позволяет комбинировать продукты разных производителей в одной системе.
Стоит также отметить, что продукты KNX можно подключать и к другим системам, для этого некоторые производители KNX предлагают шлюзы для подключения к различным сетям и системам автоматизации.
Автоматизация освещения – одна из базовых функций «умного дома»
Автоматизация освещения охватывает множество задач от простого управления выключателями до интеллектуальных систем, интегрированных с другими системами автоматизации для создания дополнительного комфорта и безопасности. Технически решение этих задач реализовывается с помощью датчиков, источников питания, приводов жалюзи и так далее.
Эффективное управление освещением значительно сокращает энергопотребление при сохранении необходимого уровня интенсивности света. Это достигается постоянным регулированием освещения при максимальном использовании естественного освещения, а также за счет автоматического включения и выключения света, например, по таймеру или сигналу датчика присутствия.
Системы домашней автоматизации позволяют создавать собственные конфигурации освещения для повседневных ситуаций (например, приглушенный свет – для семейного ужина, неоновое освещение — для вечеринки), что можно комбинировать с другими системами автоматизации, такими как управление термостатом, мультимедиа. Количество света может гибко меняться в зависимости от времени суток. Скажем, можно настроить приглушенное освещение по утрам, чтобы не раздражать глаза.
Автоматизация освещения может быть также связана с системой безопасности. Применив датчики, легко обнаружить движение, включить свет и с помощью видеонаблюдения зарегистрировать присутствие злоумышленника и уведомить соответствующие органы. Некоторые системы освещения могут быть настроены на включение по расписанию, создавая иллюзию присутствия хозяев в доме, что помогает отпугивать нежелательных посетителей.
Кроме этого, в некоторых случаях системы управления светом используются дизайнерами, чтобы визуально дополнить интерьер и экстерьер помещения или здания.
Удаленное управление освещением со смартфона или ноутбука значительно упрощает жизнь и позволяет задавать все необходимые настройки и использовать их при необходимости по нажатию одной кнопки. Также это дает возможность удаленно проверить, выключен ли свет в помещении и так далее.
Автоматизация освещения продолжает развиваться и предлагает много удобств пользователю, помогая повысить безопасность и при этом сэкономить электроэнергию.
Построение системы освещения с использованием
LED-драйверов, управляемых по протоколу KNX
В простейшем случае архитектура системы KNX включает в себя блок питания, актуатор, LED-драйвер или диммируемый LED-драйвер, если требуется функция регулирования яркости (рисунок 1).
![Рис. 1. Архитектура системы освещения KNX](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_1-1.png)
Рис. 1. Архитектура системы освещения KNX
В течение многих лет для систем управления освещением использовался протокол DALI (Digital Addressable Lighting Interface), который определяется рядом технических стандартов IEC 62386. DALI и KNX имеют схожие достоинства, такие как простая топология, соответствие стандартам, плавная кривая регулирования яркости и прочие. Сложности при использовании DALI связаны с адресацией и настройкой устройств, увеличивающих время ввода системы в эксплуатацию. Стоит отметить, что несмотря на то, что продукты DALI разработаны в соответствии с IEC62386, в отличие от KNX они не проходят проверку на соответствие. В большинстве случаев проблем не возникает, однако совместимость всех продуктов не гарантируется, и сопряжение устройств может оказаться дорогостоящим. Кроме этого, протокол DALI не предусматривает подтверждения получения команды, в отличие от KNX. Если на шине произошла коллизия с другой командой, то нет никакой уверенности, что команда прошла, это делает стандарт DALI менее отказоустойчивым по сравнению с KNX.
Протокол KNX предлагает ту же функциональность, что и системы DALI, но без необходимости адресации к каждому осветительному устройству. Вместо этого KNX фокусируется на входах – переключателях, датчиках, термостатах – и управляет ими через актуаторы – исполнительные механизмы. Также есть возможность подключения и устройств DALI через специальный шлюз (рисунок 1 справа). Такое подключение LED-драйвера имеет некоторые недостатки. В таблице 1 приведено сравнение между подключением к шине KNX напрямую и через шлюз KNX/DALI.
Таблица 1. Подключение LED-драйверов напрямую к KNX и через шлюз KNX/DALI
Параметр | LED-драйвер KNX | DALI и LED-драйвер |
---|---|---|
Стоимость подключения | Подключение напрямую к KNX, стоимость ниже | Требуется шлюз DALI, стоимость выше |
Надежность | Каждое устройство независимо, повреждение одного узла не выводит из строя всю систему | Неисправность со шлюзом DALI выводит из строя все управление освещением |
Совместимость | KNX гарантирует совместимость | Разные производители шлюзов DALI имеют разные подходы к подключению LED-драйверов |
Количество устройств на шине | До 256 (1 шина TP1-256) | До 64 (1 шина DALI) |
Длина шины, м | До 700 | До 300 |
Скорость шины, бит/с | До 9600 | До 1200 |
Удобство конфигурации | База данных KNX (ETS) | База данных KNX (ETS) + настройки DALI |
Дополнительные возможности | Счетчик времени наработки/мониторинг потребления | Нет |
Компания MEAN WELL предлагает серию LED-драйверов с поддержкой стандарта KNX, которые позволяют избежать возможных проблем с несовместимостью шлюза DALI и LED-драйверов, а также предоставляют широкий функционал для улучшения системы освещения.
LED-драйверы серии LCM-25/40/60-KN и их функциональные особенности
Серия LCM KN представляет собой LED-драйверы с выходными мощностями 25, 40 или 60 Вт и с DIP-переключателем для выбора выходного тока в диапазоне 350…1050 мА. Драйверы этой серии имеют поддержку протокола KNX и работают от сети переменного напряжения 180…295 В. Обладающие высоким КПД до 90% и безвентиляторной конструкцией, драйверы этой серии могут работать при температуре корпуса -30…90°C в условиях свободной конвекции воздуха. Кроме того, драйверы оснащены кнопочным интерфейсом для управления освещением, счетчиком времени работы, монитором потребляемой мощности и имеют функцию поддержки постоянного светового потока CLO (Constant Light Output), что обеспечивает оптимальную гибкость системы управления светодиодным освещением.
Основные особенности серии LCM-25/40/60KN:
- выбор уровня выходного тока DIP-переключателем;
- поддержка протокола KNX;
- встроенная функция постоянного светового потока (CLO);
- управление яркостью с помощью кнопки;
- синхронизация работы до десяти драйверов;
- наличие таких функций как ручное регулирование яркости, счетчик времени работы, мониторинг потребляемой мощности, выбор логарифмической или линейной кривой диммирования;
- технология без мерцания света (Flicker-free);
- гарантия 3 года.
На рисунке 2 показана расшифровка наименований драйверов для заказа.
![Рис. 2. Расшифровка наименования драйверов серии LCM-25/40/65KN](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_2-1.png)
Рис. 2. Расшифровка наименования драйверов серии LCM-25/40/65KN
Основные параметры LED-драйверов серии LCM KN перечислены в таблице 2.
Таблица 2. Основные параметры LED-драйверов LCM KN
Наименование | LCM-25KN | LCM-40KN | LCM-60KN | ||
---|---|---|---|---|---|
Выходной ток (задается DIP-переключателем, мА) | 350, 500, 600, 700 (по умолчанию), 900, 1050 |
350, 500, 600, 700 (по умолчанию), 900, 1050 |
500, 600, 700 (по умолчанию), 900, 1050, 1400 | ||
Выходная мощность, Вт | 18,9 при 350 мА, 25,2 | 42 | 60,3 | ||
Пульсации тока | 5% (от номинального тока) | ||||
Ток по входу | 0,17 А/230 В AC при 350 мА, 0,15 А/230 В AC | 0,23 А/230 В AC | 0,32 А/230 В AC | ||
Пусковой ток, A | 20 (холодный старт) | ||||
КПД, % | 85 (при 500 мА/50 В) | 90 (при 500 мА/80 В) | 91 (при 900 мА/67 В) | ||
Рабочая температура, °C | -30…85 | -30…90 | -30…90 | ||
Размеры, ДхШхВ, мм | 105х68х23 | 123,5х81,5х23 | 123,5х81,5х23 |
Внешний вид и типовая схема подключения драйверов представлены на рисунке 3.
![Рис. 3. Внешний вид (а) и типовая схема подключения (б) LED-драйвера серии LCM](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_3-1.png)
Рис. 3. Внешний вид (а) и типовая схема подключения (б) LED-драйвера серии LCM
Драйверы LCM KN имеют множество различных функций и настроек, таких как управление яркостью, скоростью и диапазоном ее изменения, настройка задержки при включении и выключении светильников, регулирование от кнопки, выбор кривой изменения яркости – линейной или логарифмической, обеспечивающей широкий диапазон регулирования низкой интенсивности света. По протоколу KNX можно также получать различные статусные сообщения включения и выключения драйвера, отчеты о потребляемой мощности, сообщения об ошибках по входному и выходному напряжениям. Также есть возможность настройки до восьми сценариев освещения.
Функция поддержки постоянного светового потока (CLO) используется для постоянной компенсации снижения яркости светодиодов с течением времени. Обычно яркость светильников, питающихся от драйверов без CLO, снижается до 80% спустя 50000 часов работы. Метод CLO заключается в том, что драйвер изначально работает при более низком токе и постепенно автоматически его увеличивает в течение срока службы, чтобы компенсировать износ светодиодов. Этот процесс показан на рисунке 4: с течением времени потребление драйвера повышается, а яркость остается стабильной.
![Рис. 4. Графики работы драйвера с функцией CLO и без нее](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_4-1.png)
Рис. 4. Графики работы драйвера с функцией CLO и без нее
Встроенный счетчик времени работы можно использовать для контроля времени работы светодиодных светильников и своевременной их замены до истечения срока службы.
Драйвером можно управлять с помощью кнопки, подключение которой показано на рисунке 5: кнопка должна быть подключена между фазовым выводом AC/L и выводом PUSH, в противном случае при подключении к AC/N возникает короткое замыкание. От одной кнопки можно управлять не более чем десятью драйверами, при этом максимальная длина кабеля от кнопки до драйвера не должна превышать 20 м.
![Рис. 5. Подключение кнопки для управления драйвером](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_5-1.png)
Рис. 5. Подключение кнопки для управления драйвером
Вывод PUSH может быть использован также для мониторинга сетевого напряжения (рисунок 6).
![Рис. 6. Подключение драйвера для мониторинга сетевого напряжения](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_6-1.png)
Рис. 6. Подключение драйвера для мониторинга сетевого напряжения
Дополнительные выводы позволяют синхронизовать работу до 10 драйверов в режиме «1 ведущий и 9 ведомых» (рисунок 7). При этом в качестве ведомых могут выступать стандартные модели LCM без поддержки KNX. Используется плоский кабель сечением 0,2…0,3 мм2, его длина между драйверами не должна превышать 5 м. Диапазон регулирования яркости при таком подключении составляет 10…100% для драйверов LCM-25KN и 6…100% для LCM-40/60KN, в зависимости от заданных настроек.
![Рис. 7. Схема подключения с синхронизацией работы нескольких драйверов](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_7-1.png)
Рис. 7. Схема подключения с синхронизацией работы нескольких драйверов
Драйверы LCM-40/60KN обладают еще одной полезной функцией – встроенной температурной компенсацией. Подключив температурный датчик (NTC-термистор) к выводам +NTC и -NTC и установив его в желаемом месте, можно менять выходной ток драйвера в зависимости от значений температуры, чтобы увеличить срок службы светодиодов. На рисунке 8 показаны графики снижения выходного тока в зависимости от трех значений сопротивления термистора, подключенного к драйверу.
![Рис. 8. Графики снижения выходного тока в зависимости от температуры](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_8-1.png)
Рис. 8. Графики снижения выходного тока в зависимости от температуры
Все перечисленные функции настраиваются с помощью программного пакета ETS и базы данных драйверов, которые доступны для скачивания по ссылке.
Блоки питания шины KNX: KNX-20E-640 и KNX-40E-1280
Для питания шины KNX компания MEAN WELL выпускает блоки питания KNX-20E и KNX-40E с выходными токами 640 и 1280 мА соответственно. Оба блока питания имеют высокий КПД 86% и два выхода на 30 В: с дросселем и дополнительный без дросселя. На корпусе блоков расположены кнопка для сброса/перезагрузки шины и светодиоды для индикации состояния:
- нормальная работа;
- перегрузка по току;
- сброс/перезагрузка.
Блок питания KNX-40E-1280D с функцией диагностики имеет четыре дополнительных светодиода, с помощью которых можно более детально определять режим работы, а также позволяет передавать по шине значения выходного напряжения и тока, оценку траффика на шине, температуру блока и многое другое.
На рисунке 9 показана расшифровка наименований блоков питания для заказа.
![Рис. 9. Расшифровка наименования блока питания](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_9-1.png)
Рис. 9. Расшифровка наименования блока питания
Блоки питания могут применяться для питания шины (рисунок 10) или для питания шины и устройств KNX (рисунок 11), при этом суммарный ток (I1 + I2) не должен превышать 640 мА для KNX-20Е-680 и 1280 мА для KNX-40E-1280.
![Рис. 10. Подключение блока для питания шины KNX](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_10-1.png)
Рис. 10. Подключение блока для питания шины KNX
![Рис. 11. Подключение блока для питания шины KNX и устройства на шине](http://www.compel.ru/wordpress/wp-content/uploads/2020/09/ris_11-1.png)
Рис. 11. Подключение блока для питания шины KNX и устройства на шине
Количество устройств на шине должно быть не более 64. Максимальное расстояние между самым удаленным устройством на шине и блоком питания должно быть не более 350 м, а максимальное расстояние между двумя устройствами не должно превышать 700 м. Чтобы увеличить расстояние, можно организовать параллельное подключение двух блоков питания на одну шину.
Основные параметры блоков питания приведены в таблице 3.
Таблица 3. Основные параметры блоков питания
Наименование | KNX-20E-640 | KNX-40E-1280 |
---|---|---|
Номинальный ток, мА | 640 | 1280 |
Напряжение выхода с дросселем, В | 30 | |
Напряжение дополнительного выхода без дросселя, В | 30 | |
Номинальная мощность, Вт | 19,2 | 38,4 |
Пульсации, мВр-р | 100 | |
КПД, % | 86 | |
Ток по входу | 0,22 А/230 В | 0,5 А/230 В |
Пусковой ток, А | 40 (холодный старт) | 60 (холодный старт) |
Рабочая температура, °C | -30…70 | -30…70 |
Размеры, ДхШхВ, мм | 52,5х90х54,5 | 72х90х57 |
Блоки питания имеют малые размеры 3SU (52,5 мм) и 4SU (72 мм) для установки на DIN-рейку. Они изготовлены со степенью защиты IP20 и соответствуют стандартам безопасности EN61558-1, EN61558-2-16, EN50491-3 и стандартам электромагнитной совместимости EN50491-5-2,-5-3, EN61000-3-2,-3-3 и EAC TP TC 020.
Настройка блоков осуществляется с помощью программного пакета ETS и баз данных, которые доступны для скачивания по ссылке.
Заключение
Являющаяся одним из лидеров в производстве источников питания компания MEAN WELL предлагает широкую линейку продукции для удовлетворения различных требований к источникам питания во многих отраслях промышленности. Компания стремится к постоянным инновациям и работает над продвижением технологий для автоматизации зданий, притом обеспечивает оптимальное соотношение цены и качества источников питания. Благодаря соответствию международным нормам безопасности и комплексным решениям в разработке систем питания MEAN WELL помогает клиентам сократить время и затраты на разработку и отладку своих систем.
Литература
- KNX-20E-640 – источник питания для шины KNX от MEAN WELL.
- LCM-25KN/40KN/60KN – LED-драйверы MEAN WELL для умного дома, управляемые по шине KNX.
- KNX-20E-640 – источник питания для шины KNX от MEAN WELL.
- What is a KNX Smart Home or Building: A Complete Guide.
- Benefits of Lighting Automation in Homes.
- Indoor Lighting Control.
- Better than DALI: KNX Lighting.
- Lighting: Pros and Cons of using DALI with KNX for Homes.
- World First KNX Multiple-Stage Constant Current Mode LED Driver LCM-40/60KN Series.
- LCM-25KN KNX Multiple-Stage Constant Current Mode LED Driver.
- 25W Multiple-Stage Constant Current Mode LED Driver LCM-25KN series.
- 40W Multiple-Stage Constant Current Mode LED Driver LCM-40KN series.
- 60W Multiple-Stage Constant Current Mode LED Driver LCM-60KN series.
- LCM-25/40/60KN LED Driver with KNX Interface Instruction Manual.
- 640mA KNX Power Supply KNX-20E-640.
- 1280mA KNX Power Supply KNX-40E series.
Наши информационные каналы