Hasłem przewodnim jednej z realizowanych obecnie unijnych strategii („Europa 2020”) jest efektywność energetyczna. Według jej założeń poprawę efektywności należy osiągać m.in. poprzez wdrażanie wszelkich środków poprawiających energooszczędność obiektów i procesów, co świetnie daje się realizować na polu oświetlenia, potrafiącego konsumować spory procent ogółu zużywanej we wszelkich obiektach energii elektrycznej. W konsekwencji wdrożenia wspomnianej strategii na obszarze całej Unii, w Polsce obowiązują zapisy Ustawy o Efektywności Energetycznej z dnia 20.05.2016, która określa pięć szeroko pojętych środków poprawy efektywności energetycznej, wymieniając wśród nich m.in. nabycie urządzenia / instalacji / pojazdu o niskim zużyciu energii oraz niskim koszcie eksploatacji, jak też wymianę bądź modernizację już istniejącego urządzenia (instalacji / pojazdu) w taki sposób, by poprawić jego energooszczędność i obniżyć koszty eksploatacyjne. Dokładnie w ten punkt wpisuje się idea przechodzenia obiektów przemysłowych na nowoczesne oświetlenie energooszczędne, oparte o wysokowydajne diody LED i implementowane w systemy automatycznego zarządzania oświetleniem, takie jak system DALI lub system KNX.

LEDowe oprawy i źródła światła

Producenci oświetlenia dla obiektów przemysłowych proponują dziś w rozwiązania oparte na diodach LED, obejmujące oprawy m.in. liniowe w wersjach natynkowych, podtynkowych czy zwieszanych. To parametry światła generowanego przez oprawy LED oraz ich techniczne parametry użytkowe, takie jak niezwykła energooszczędność i wydajność, czy niska temperatura generowana podczas pracy, spowodowały w przemyśle ogromny zwrot ku tej technologii. Warunki pracy dla opraw LED w zakładach przemysłowych i magazynach bywają ekstremalne, dlatego producenci stawiają nie tylko na bardzo wysoką skuteczność świetlną (110 - 150 lm / W), ale też na wysoką szczelność i udaroodporność. 

Standardem stały się oprawy zdolne do pracy w temperaturach od -30ºC do +35ºC oraz oprawy z obudowami z odlewanego aluminium lub wytrzymałego poliwęglanu, wyposażone w diody LED o żywotności od 70 000 do 200 000 godzin, z jednoczesnym zagwarantowaniem szerokiego i symetrycznego rozsyłu światła w temperaturze barwowej 4000 K i przy współczynniku odzwierciedlenia barw Ra>90 oraz strumieniu świetlnym na poziomie około 5000 lumenów.

Wbrew pozorom przemysł sięgnął po LEDy nie tylko z powodu ich niskiego zapotrzebowania na energię oraz parametry związane z wytrzymałością. Jest jeszcze jeden powód, dla którego oświetlenie LEDowe tak szybko wchodzi do obiektów przemysłowych: zdatność opraw LED do bezproblemowej pracy w automatycznych systemach sterowania, tych prostych jak i silnie złożonych, opartych na międzynarodowych standardach.

Czujniki w automatyce oświetleniowej

Nowoczesne automatyczne oświetlenie przemysłowe to też całe zaplecze towarzyszącego osprzętu, bez którego sterowanie nie jest możliwe. Chodzi tu o czujniki o różnych możliwościach i zróżnicowanym przeznaczeniu, z czujnikami ruchu, obecności i natężenia światła na czele.

Najpowszechniej stosowane czujniki ruchu to urządzenia opierające się na detekcji promieniowania cieplnego wykrywanych obiektów – oznacza się je symbolem PIR (Passive Infra Red). Czujniki te reagują na źródła ciepła emitujące promieniowanie podczerwone, które jednocześnie są w ruchu. Łączy się z nimi często czujniki obecności oparte na falach ultradźwiękowych. W tym rozwiązaniu czujniki wysyłają fale (np. 40 kHz) obejmujące całe pomieszczenie po czym analizują ich odbicie w oparciu o zasadę Dopplera. Czujniki ultradźwiękowe reagują na bardzo niewielkie ruchy obiektów i są sprawne zakresie temperatur od -30º C do nawet +50º C. Niestety, nie odróżniają obiektów żywych od przedmiotów martwych, dlatego połączenie ich z czujnikami PIR pozwala optymalnie wykorzystać zalety obu technik. 

Systemy sterowania oświetleniem chętnie korzystają też z bardzo czułych czujników ruchu i zarazem obecności opartych na emisji fal wysokiej częstotliwości rzędu 5,8 GHz. W tej technologii echo fal, powracające do czujnika, przechodzi analizę w module elektronicznym i jeżeli wewnątrz obszaru wykrywania nawet niewielki ruch obiektu zmieni obraz echa, wówczas czujnik wysyła impuls elektroniczny do centralki.

Czujniki natężenia światła mają inne zadanie i działają w inny sposób: mierzą ilość światła dziennego i sztucznego, docierającego do wydzielonych stref za które odpowiadają i przekazują informacje do centralnej jednostki sterującej, która wzmacnia natężenie i ilość światła emitowanego przez oprawy LED tylko wtedy, gdy trzeba zrekompensować niedostatek światła naturalnego. W sytuacjach odwrotnych - gdy światło dzienne jest odpowiednio silne - centralka stopniowo wygasza oświetlenie diodowe,. Rolą tych czujników jest więc stałe monitorowanie poziomu światła naturalnego i sztucznego.

Natomiast rola czujników ruchu i obecności sprowadza się do wykrycia osób przemieszczających się lub przebywających w określonej strefie. Dla czujników ruchu polega to na detekcji osoby poruszającej się w danym ciągu komunikacyjnym lub wchodzącej do określonego pomieszczenia i załączeniu oświetlenia właśnie w momencie gdy jest ono potrzebne. Następnie pałeczkę przejmują czujniki obecności – one mają za zadanie podtrzymać oświetlenie przez cały czas obecności pracownika w danym pomieszczeniu lub strefie, nawet gdy stojąc nieruchomo wykonuje bardzo nikłe ruchy, niewykrywalne dla standardowego czujnika ruchu. Oba rodzaje czujników decydują o wyłączeniu oświetlenia, gdy w pomieszczeniu lub strefie nikogo już nie ma. Dzięki temu łatwo jest stworzyć system podążania światła za pracownikiem, a właściwie wyprzedzania go – tak by kolejne strefy zostały oświetlone w miarę przemieszczania się wykrytej osoby we wszystkich ciągach komunikacyjnych. Takie rozwiązania uwalniają pracowników od konieczności ręcznego uruchamiania oświetlenia, gdyż wyręcza ich w tym automatyka.

Automatyka oświetlenia ma sens również na zewnątrz obiektu. Chodzi tu nie tylko o ochronę mienia po zmierzchu, ale też o zapewnienie bezpieczeństwa zarówno osobom uprawnionym, jak też intruzom, którzy mogą być nieświadomi tego, na jakim terenie się poruszają. Dlatego do zewnętrznych czujników ruchu często przyłącza się silne oświetlenie halogenowe lub LEDowe (oraz często alarm dźwiękowy), które w godzinach wieczornych i nocnych uruchamia się w momencie wykrycia obecności kogoś w bezpośredniej bliskości względem obiektu przemysłowego. Oświetlenie takie, uruchomione czujnikami, umożliwia nie tylko precyzyjną lokalizację intruza, ale też rejestrację jego wizerunku przy użyciu kamer wprzęgniętych w system monitoringu.

W powyższy sposób działa najprostsza automatyka oświetleniowa, która z reguły sprawdza się doskonale i pozwala osiągnąć wymierne korzyści i oszczędności bez inwestowania w złożone rozwiązania. Jednak nieco bardziej zaawansowana automatyka oświetlenia pozwala na więcej, choćby na wprowadzanie do centralek odpowiednich cykli czy też harmonogramów dobowych lub tygodniowych, dopasowanych do sposobu i czasu w jakim hale (bądź magazyny) są wykorzystywane – dlatego warto ją rozważyć. Dzięki niej, jeśli w weekendy hala nigdy nie jest użytkowana, można zapobiec zbędnemu automatycznemu uruchamianiu oświetlenia po zmierzchu, poprzez oznaczenie wyłącznie dni roboczych jako dni aktywnej pracy systemu. Coraz powszechniej stosuje się jednak systemy całościowego i inteligentnego sterowania oświetleniem, takie jak DALI i KNX, które automatykę i efektywność energetyczną na polu oświetlenia podnoszą na najwyższy poziom.

Wiodące systemy automatyzacji oświetlenia

DALI to standard interfejsu dla elektronicznych układów zasilających, z możliwością regulacji strumienia świetlnego typu open-source, za którego pomocą można kontrolować indywidualnie do 64 elektronicznych układów zasilających przy pomocy dwużyłowej linii sterującej, która jest niezależna od linii zasilającej. Możliwości DALI są bardzo duże, gdyż jest on uniwersalnym interfejsem dla wszystkich składników: sterowników oświetleniowych, czujników ruchu i obecności, cyfrowych ściemniaczy, układów zasilających i samych opraw. W tym systemie grupy opraw oświetleniowych nie muszą być przypisywane na etapie projektowania – można je później ustawić przy pomocy sterownika. Do włączania oświetlenia nie używa się przekaźników – odbywa się to wyłącznie poprzez linię sterującą. Ważną cechą systemu DALI jest zgłaszanie przez uszkodzone oprawy swego aktualnego statusu do sterownika, który następnie prezentuje stosowny raport – jest to bardzo przydatne w przypadku dużych projektów.
Producenci oświetlenia często oferują własne systemy oparte na DALI, lecz sygnowane odmiennymi, autorskimi nazwami. Niezależnie jednak od nazewnictwa, wszystkie pozwalają na kontrolę oświetlenia w pojedynczych pomieszczeniach, strefach czy halach, jak też na całych poziomach lub piętrach. Praktycznie wszystkie zapewniają sterowanie z poziomu kontrolera naściennego, tabletu i smartfona, czy też komputera podłączonego do lokalnej sieci WiFi. Instalacje oparte na DALI dają niespotykaną elastyczność, pozwalają oprzeć się na czujnikach, które załączają światło przy zbyt małej luminacji w strefie i zawsze wtedy, gdy zostaną tam wykryte osoby, ale też dają możliwość zdalnego sterowania światłem bez oglądania się na czujniki.

Co więcej – pozwalają ustawiać cykliczne i powtarzalne harmonogramy zachowania oświetlenia w danym pomieszczeniu lub w grupie pomieszczeń. Systemy oparte na protokole DALI łatwo też integrują się z istniejącymi systemami automatyki budynków i pomieszczeń i dotyczy to również współpracy z systemami KNX. Taką współpracę umożliwiają konwertery DALI-KNX, które pozwalają na wymianę informacji między obydwoma sieciami i są łatwe w konfiguracji. DALI warto łączyć z systemem KNX, gdyż pozwala to na ogromne oszczędności, dzięki powiązaniu funkcji oświetleniowych z systemami kontroli okien (czujniki w klamkach), rolet czy systemami wentylacyjnymi. Właśnie ze względu na swoją kompleksowość, system KNX najczęściej kojarzony jest z ideą sterowania całym budynkiem, nie zaś tylko oświetleniem.

Czym jest w takim razie KNX?

W najprostszych słowach niczym innym, jak integracją wszystkich funkcji zarządzania obiektem. Ten europejski system oparty jest na obwodach sterujących 24 V, poprowadzonych całkowicie oddzielnie od obwodów zasilających. Wszystkie informacje dla realizacji funkcji sterowniczych, pomiarowych, kontrolnych i regulacyjnych - kierowane do każdego odbiornika – przekazywane są w trybie szeregowej transmisji symetrycznej za pomocą jednego przewodu magistralnego, który dosłownie oplata cały budynek. Przy każdym odbiorniku znajduje się element magistralny z mikroprocesorem i właściwym rodzajem pamięci, dla którego główna magistrala jest źródłem informacji oraz oczywiście zasilania. W gruncie rzeczy KNX tworzy zdecentralizowany system automatyki budynku z rozproszoną inteligencją, multitaskingiem i relacjami peer to peer pomiędzy poszczególnymi elementami systemu, co oznacza, że pojedyncza wiadomość może powodować działanie dziesiątek wręcz urządzeń podłączonych do systemu KNX (na przykład gaszenie lamp w całym budynku przy użyciu jednego przycisku).

W kontekście systemów inteligentnego sterowania oświetleniem opartych na DALI i sprzężonych z KNX, protokół ten pozwala na ogromne oszczędności. Przykładem niech będzie jedno z rozwiązań możliwych do realizacji w średniej wielkości hali montażowej, w której znajduje się kilka poszczególnych stanowisk lub gniazd:

• rano oświetlenie w hali jest załączane manualnie i aktywuje w ten sposób czujniki ruchu z jednoczesną stałą kontrolą natężenia oświetlenia,
• oświetlenie gasi się automatycznie po wyjściu pracowników (reakcja na brak ruchu i obecności),
• system kontroluje jednocześnie precyzyjne przysłanianie rolet dla osiągnięcia optymalnego poziomu światła dziennego w hali,
• czujniki i wprogramowane w nie wartości progowe powodują wysunięcie rolet przy zbyt mocnym nasłonecznieniu pomieszczenia biurowego, ale jeśli wywołuje to zbyt duże wychłodzenie, czujniki wymuszają domknięcie rozszczelnionych dotychczas okien i jednoczesne uruchomienie ogrzewania (system wentylacyjny).
• gdy w hali nie ma nikogo latem (weekend), rolety są zasłaniane, by pomieszczenie się nie nagrzewało, zimą zaś odwrotnie – są odsłaniane.

Jak wynika z powyższego, system KNX to sposób na sterowanie pomieszczeniami (biurami) lub budynkiem w sposób całościowy – jest to system, w którym oświetlenie to jeden z elementów całej układanki, na którą składają się również wentylacja, klimatyzacja, instalacja alarmowa, ogrzewanie, sterowanie roletami i oknami itp. Warto zauważyć, że liczba producentów oferujących wyroby gotowe do włączenia ich w strukturę KNX rośnie na świecie w tempie zawrotnym.