Диммирование освещения с Умного Дома

Вопрос о том, какие будут светильники, и как именно они будут диммироваться, всегда оставляется заказчиком или дизайнером (смотря кто продумывает освещение объекта) на самый последний момент, что приводит к неопределённости при проектировании и иногда к ошибкам при заказе оборудования. Знать способ диммирования каждого светильника заранее очень важно для проектирования кабелей и щита.

Как правило, в дизайн-проекте обозначены диммируемые группы света, остаётся продумать способ диммирования и подобрать подходящие лампы. К сожалению, зачастую даже специальные «дизайнеры освещения» не всегда в курсе того, как может осуществляться диммирование той или иной модели светильника.

С точки зрения возможности диммирования у нас есть четыре категории светильников:

• Резистивные. Это лампы накаливания и галогеновые лампы с напряжением питания 230 вольт.
• Светодиодные светильники. Имеют отдельный драйвер, обеспечивающий для светильника либо определённое напряжение, либо определённый ток. Лампы накаливания с напряжением питания 12 вольт с диммируемым блоком питания тоже относятся к этому типу. Драйвер поставляется со светильником, обычно лежит за потолком около него, но может быть встроен в корпус светильника. Может быть один драйвер на несколько светильников, если он рассчитан на большую мощность. Трековые светильники тоже входят в эту категорию.
• Светодиодные лампы. Это изделие «всё в одном», отдельный драйвер не нужен, вставляются в стандартный цоколь Е14, Е27, GU10, GU5.3, GX53 и прочее.
• Светодиодные ленты с напряжением питания, 12, 24, 36 или 48 вольт. Чаще 12 или 24.

Плохо, когда из дизайн-проекта не понять, к какой категории относится светильник. Потолочный спот может быть как светильником с драйвером, лежащим за потолком, так и лампой в цоколе GU5.3. Люстра тоже может быть со стандартными лампами, или с собственными лампами и драйвером, спрятанным в корпусе, или с лампами накаливания. Даже светодиодные ленты могут оказаться на деле не лентами, а длинными люминесцентными светильниками. В более проработанном в плане освещения дизайн-проекте уже указаны точные модели ламп, их мощности и напряжение питания.

В интернете какая-то каша информации по поводу способов диммирования, сейчас попробую максимально конкретно классифицировать способы диммирования со стороны управляющего элемента (то есть, Умного Дома).

TRIAС диммирование (симисторное)

Диммированием управляет симистор (который представляет собой два тиристора, но не забивайте этим голову), он же ключ. Он же реле, которое быстро-быстро включается и выключается, но не щёлкает при этом. Включение ключа происходит по сигналу с управляющего блока, выключение в ноле (когда синусоида переходит через ноль). Вот такая картинка на входе и на выходе:

Это обрезание начала синусоиды, по-английски, leading edge. Это старый тип диммирования, подходит для ламп накаливания и галогеновых ламп. Лампам накаливания, на самом деле, всё равно, какую часть синусоиды обрезать, начало или конец, им важно просто уменьшение подаваемой на них мощности (мощность определяется площадью под кривой напряжения). Почти все диммеры систем автоматики и настенные крутилки для управления светом, выпущенные 5-7 и более лет назад — этого типа.

Слышал теории о том, что диммеры ламп накаливания должны менять амплитуду синусоиды, то есть, снижать напряжение переменного тока, но это уже ЛАТР (лабораторный автотрансформатор), они слишком крупные для диммера, симисторные практичнее и дешевле. Такой способ работает, но в быту не используется.

TRIAС диммирование (транзисторное)

Это уже современные диммеры, они могут резать как начало синусоиды (leading edge), так и конец синусоиды (trailing edge). Иногда на них даже есть переключатель режима диммирования. Современные настенные поворотные диммеры для диммирования светодиодных ламп как раз транзисторные, обрезают конец синусоиды.

Если на диммере вы видите переключать типа ламп, то он переключает тип диммирования, обрезание начала или конца синусиоды.

Вот диммер Finder с переключателем режима leading edge или trailing edge:

Управление этим диммером осуществляется сигналом 0-10 вольт от контроллера. Переключатель режима наверху, под надписью finder, ниже регулировка минимального уровня светодиодной лампы (если опустить управляющий сигнал ниже этого уровня, лампа начнёт мерцать).

Лампы накаливания диммируются на всём диапазоне регулирования, если на лампу подать 5% мощности, она и будет на 5% светить. Светодиодная лампа имеет гораздо более узкий диапазон диммирования гораздо, хорошо если от 40 до 80%. Меньше минимума она будет мерцать или погаснет, выше максимума уже не будет менять свою яркость.

Вот диммер Larnitech DW-DM06 на 6 каналов, до 200 ватт на канал.

Вот диммер Fibaro, работающий по протоколу Z-Wave, он диммирует светильники любого типа. В настройках можно задавать минимум, максимум и скорость диммирования.

ШИМ (PWM) диммирование

Это способ диммирования светодиодных лент и галогеновых ламп постоянного напряжения (12 или 24 вольта обычно). Смысл в том, что мы то подаём постоянное напряжение, то убираем.

Подробнее о том, что такое ШИМ — в этой статье.

Если ключ открыт всё время, то лента светит на 100%. Если каждые 20 миллисекунд закрываем ключ, а потом открываем снова, то лента светит на 50%. Если 10мс ключ открыт, затем 90мс закрыт, то лента светит на 10% и видно её мерцание.

Для управления лентой мы используем ШИМ диммер, который может управляться сигналом 0-10 вольт или по Modbus. Вот удобный ШИМ диммер Razumdom, он управляет четырьмя каналами диммирования, для каждого у него отдельный вход 0-10 вольт, либо можно всем управлять по ModBus.

Надо при выборе диммера всегда в характеристиках смотреть максимально допустимый ток, который коммутирует ключ. Обычно это от 3 до 8 ампер. Если лента мощнее — то надо брать усилитель, к которому будет подключен блок питания соответствующий мощности ленты.

Вот диммер Wirenboard WB-MRGBW-D для четырёх каналов до 5 ампер каждый.

Диммирование 0-10 вольт

Этот способ управления диммированием обычно применяется для светодиодных лент. Сигнал 0-10 вольт подаётся не на саму ленту, а на диммер, который уже из сигнала 0-10 вольт формирует управляющий лентой сигнал ШИМ.

Существуют блоки питания для светодиодных лент с функцией диммирования, то есть, у них на выходе не просто напряжение питания для ленты (12, 24 или 48 вольт), а сразу ШИМ-сигнал.

Внешне блок питания с возможностью диммирования аналогичен блоку без такой возможности, но у него присутствуют клеммы DIM+ и DIM- для подключения управляющего сигнала. Например, это блоки питания Meanwell серий PWM и HLG. У Arlight и Meanwell большой ассортимент таких блоков.

Для подачи сигнала 0-10 нужно какое-то задающее устройство. Им может быть настенная поворотная панель, может быть аналоговый выход модуля системы Умный Дом. Например, модуль Wirenboard WB-MA04, управляемый по Modbus, может выдавать 4 сигнала 0-10 вольт для управления чем-либо.

Существуют два разных стандарта сигнала: 0-10 вольт и 1-10 вольт. У меня есть отдельная статья про управление сигналом 0-10 и 1-10 вольт.

Если принимать во внимание все нюансы и правильно подобрать оборудование, управление диммирующими блока питания сигналом 0-10 или 1-10 вольта (0-10 предпочтительнее) вполне может быть использовано, но только в следующих случаях:

• Длина кабеля от задающего устройства до блока питания небольшая, так как сигнал 0-10 вольт сильно подвержен наводкам. Это не цифровой протокол, в котором есть защита от помех. Используем экранированный кабель FTP 5E либо ES-02S-022, прокладываем его на расстоянии от силовых кабелей, длина желательно не более пары десятков метров.
• Количество блоков, к которым подключен один кабель управления, ограничено. Желательно к одному задающему устройству подключать одно принимающее, но теоретически их может быть и 5. Нужно смотреть характеристики конкретных устройств.

Диммирование DALI

Это самый современный способ управления светом.

DALI (Digital Addressable Lighting Interface – Цифровой интерфейс освещения с возможностью адресации) – цифровой протокол управления освещением. Протокол открыт и доступен всем производителям.

Особенности DALI:

• Данные передается по общей для всех устройств шине.
• Для передачи данных используются два провода, их экранирование не обязательно.
• Допускается размещение проводов в одном кабеле с питанием ~230В, т.е. фаза, ноль, земля и два провода шины DALI.
• Не требуется соблюдение полярности при подключении шины.
• Не требуется согласующая нагрузка (терминаторы) на концах шины.
• Допускается любая топология (звезда, кольцо, любые разветвления шины)
• DALI предусматривает защиту от подключения питания к шине управления.

Шина DALI представляет собой две жилы кабеля, начинается от DALI контроллера (это DALI Master) и обходит все осветительные приборы, управляемые через этот протокол (это DALI Slave).

К одной шине DALI можно подключить до 64 исполняющих устройств (драйверов). Каждое устройство-исполнитель имеет свой индивидуальный адрес. Адрес может быть установлен вручную при программировании системы или назначен автоматически.

В системе DALI должно быть постоянное напряжение 16-18В, его обеспечивает подключенный к шине блок питания DALI, на одной шине – один блок питания. Некоторые модели мастер-контроллеров могут сами обеспечивать постоянное напряжение в шине. Согласно стандарту, ток в шине не должен превышать 250мА.

При сечении кабеля шины DALI 1,5мм2 максимальная длина шины DALI составляет 300 метров.

Согласно стандарту, максимальная потеря сигнала должна быть не более 2В при токе 250 мА, это следует учитывать при выборе кабеля.

В 16 групп могут быть объединены исполняющие устройства. Привязка устройств к группам выполняется при программировании системы.

Каждое исполняющее устройство имеет встроенную энергонезависимую память, в которой хранятся все настройки. Настройки включают в себя:

• адрес (от 0 до 63);
• привязка к группам (от 0 до 15), устройство может быть привязано ко всем 16 группам;
• сцены (от 0 до 15), в устройство может быть внесено все 16 сцен;
• уровень яркости освещения после подачи питания (от 0 до 254);
• ограничение минимального и максимального уровня яркости при изменении яркости освещения (от 0 до 254);
• уровень яркости освещения при прерывании линии управления, например, при аварийном освещении (от 0 до 254);
• скорость изменения яркости.

Передаваемые по шине DALI команды имеют форма «адрес – команда». Существуют 3 вида адресации команд: индивидуальные, групповые и общие. Например, «Устройство 15 – 75%» или «Группа 8, 100%» или «Все, сцена 1». Таким образом, команды могут требовать включить сценарий, хранящийся в памяти устройства, а не только требовать установить определенный уровень.

Протокол DALI предусматривает команды, запрашивающие статус устройств. Устройство в ответ передает данные, которые могут включать информацию о типе устройства, его состоянии, текущем уровне яркости и исправности подключенного источника света.

Это достаточно удобный способ диммирования, его выполняет диммируемый драйвер светильника. Удобен он тем, что диммирование конкретного светильника обеспечивает драйвер именно для этого светильника, причём способ управления можно выбирать при выборе модификации светильника, это может быть как TRIAС, так и 0-10 вольт или DALI.

Таким образом, это самый надёжный способ управления светом, но нам нужно, чтобы все светильники поддерживали управление по DALI, это увеличивает стоимость каждого светильника.

Модуль DW-DALI в системе Larnitech позволяет создать 2 шины DALI, до 64 устройств в каждой.

Способы управления светом по DALI есть во многих присутствующих на рынке систем Умного Дома, включая Wirenboard и Beckhoff. В беспроводных системах типа Z-Wave такой возможности нет.

Подбор диммера

Подбираем диммер под светильники.

• Лампы накаливания — симисторный диммер TRIAC. Лампы любые, все диммируются.
• Светодиодные лампы — транзисторный диммер. Он же диммер trailing edge. Он же диммер MOSFET. Лампы обязательно должны быть с пометкой диммируемая. Это написано на лампе, на упаковке и на ценнике, такие лампы дороже обычных примерно вдвое. Может быть написано DIM или Dimmable.
• Светодиодные светильники — в зависимости от способа диммируемости драйвера. Может быть TRIAC, либо 0-10 вольт, либо DALI. Чаще встречается TRIAC, потому что он работает с классическими настенными крутилками-диммерами. Нам все варианты одинаково удобны.
• Светодиодные ленты — ШИМ диммер. Нужно учитывать ток ленты и ток диммера, чтобы диммер не сгорел. При необходимости берём усилитель. Либо, если у нас диммируемый блок питания светодиодной ленты, то либо 0-10 вольт, либо DALI, в зависимости от способа диммирования блока.

Примечание 1. Для управления чем-либо по Modbus надо, чтобы контроллер Умного Дома и диммер, работающий по протоколу Modbus, были совместимы. То есть, в контроллере был драйвер для работы с этим диммером. Modbus — не универсальный язык общения всей автоматики. Вот DALI — универсальный протокол, если контроллер и драйвер работают по DALI, то они работают вместе. А если они работают по Modbus — значит, они теоретически могут работать вместе, надо только написать драйвер разработчикам. Например, EasyHomePLC работает с диммерами RazumDom. И с модулями ОВЕН МУ и МВ. Но не работает со щитовыми модулями Wirenboard (только с датчиками).

Примечание 2. Важно учитывать мощность диммера. Если на диммере написано, что он диммирует 400 ватт резистивной нагрузки (как диммер Finder на картинке выше), то для ёмкостной нагрузки (это светодиодные лампы) это не более 100 ватт. На диммерах RazumDom написано, что их мощность до 1000 ватт, но это опять-таки лампы накаливания, для светодиодных ламп это 250-300 ватт, не больше. Если мы говорим о диммируемых драйверах для светильников, то там проблем нет, сколько на нём написано, такой светильник можно вешать, он же для светодиодного светильника и сделан.

Примечание 3. Поясню, что драйвер, блок питания и источник питания — немного разные вещи.

Блок питания (он же адаптер) понижает напряжения и стабилизирует его. А драйвер стабилизирует ток, через него подключаются светильники и ленты, которым нужно не стабильное напряжение, а стабильный ток.

Но часто эти понятия путают и называют драйвером, адаптером или блоком питания любой модуль, который из 230 вольт делает питание для светильника или ленты.

Кабели для диммируемых ламп

Если со светильником и типом диммирования определились, то надо предусмотреть правильный кабель.

Для ламп накаливания и светодиодных ламп — силовой кабель от щита. Толщина кабеля выбирается согласно мощности светильников. Универсальный вариант — это кабель 3х1.5. Но 1.5мм2 сечения соответствует больше двух киловатт мощности, так что вполне можно использовать кабель сечением не больше 0.75мм2. Количество жил может быть две или три. Три жилы — для люстр и светильников в металлическим корпусом, у которых есть контакт заземления. Две жилы — для светильников без заземления. Ещё третью жилу можно использовать как резерв на случай необходимости разделить группу света на две.

Для светильников с управлением TRIAC — также один силовой кабель от щита до драйвера. Сечение либо 1.5, либо меньше.

Для светильников с управлением 0-10 вольт — силовой кабель и 2-жильный слаботочный кабель (FTP либо ES-04S, лучше всегда иметь запасные жилы и экран) от щита до драйвера.

Для светильников с управлением DALI — один силовой кабель 5х1.5 от щита до драйвера. Либо 3х1.5 и любой тонкий 2-жильный кабель для шины DALI.

Для светодиодных лент — кабель соответствующий току ленты. Вот статья про Выбор кабеля светодиодных лент (там же есть калькулятор расчёта сечения). Если блок питания находится у начала ленты, то ведём туда питания 230 вольт и управляющий кабель ES-04 или UTP. Количество жил кабеля питания 2 или 3, в зависимости от необходимости заземления корпуса светильника.

Часто хотят отнести драйвер светодиодного светильника подальше от светильника, например, в щит. Не всегда это допустимо. Скорее, почти всегда это недопустимо, расстояние должно быть не больше 2-3 метров. Блок питания светодиодной ленты можно отнести от ленты, но надо считать падение напряжения в кабеле.

Универсальный вариант, когда не знаете, какой будет светильник, и как им управлять — силовой кабель 3х1.5 и слаботочный экранированный кабель (витая пара FTP либо сигнальный ES-04S) для управления 0-10 вольт либо DALI.

Если у вас управление светом по DALI, может возникнуть соблазн взять один кабель 5х1.5 и обойти им все светильники дома. Сэкономим много кабеля и упростим подключение. Но так делать не следует.

Во-первых, если какой-то драйвер выйдет из строя и создаст короткое замыкание, будет выбивать автомат всего света сразу, вы останетесь без света.

Во-вторых, у драйверов светодиодных светильников может быть большой пусковой ток. 10 мощных светильников могут при некоторых обстоятельствах выбивать автомат 10 ампер. А автомат большего номинала на линию сечением 1.5 будет не поставить. Так что следует разбивать группы питания светильников по помещениям и по количеству светильников.