Современные дополнительные требования, предъявляемые к светильникам архитектурно-художественного освещения, управляемым по DMX/RDM или DALI

Введение

Светодизайнер — это художник по свету, а светильник — это его краски (светодиоды и оптика). И потому чем богаче и выразительнее палитра красок, тем больше возможностей у светодизайнера реализовать свои замыслы на более внушительных объектах, нежели полотно на стене, — памятниках, фасадах зданий и т. п. Но что же такое кисти в руках современного светодизайнера? Его кисти — это богатый функционал самого светильника, обусловленный возможностями современной электроники. Очевидно, что и с одной кисточкой можно нарисовать световую картину на фасаде загородного особняка, которая понравится неискушенному заказчику, но чем больше кистей, тем больше шансов создать шедевр мирового масштаба. Именно о таких возможностях современных управляемых светильников для архитектурно-художественного освещения (АХО) мы и поговорим в данной статье. Мы не будем рассматривать решения для медиафасадов, а также особенности конструкций архитектурно-ландшафтных светильников для обеспечения высокой пыле/влаго- (IP) и механической (IK) защиты — для этого на технически сложном рынке есть высококачественная продукция таких известных отечественных компаний, как INTILED, IPRO, «Световые Технологии» и ряда других. Вам необходимо внимательно изучить их опыт, чтобы проектировать свой светильник, не повторяя чужих ошибок (пластмассовые боковые заглушки на светильнике, который еще и светит, наверное, вверх!). Речь пойдет о функционале современного архитектурно-ландшафтного светильника, который позволяет внести в проект освещения что-то новое и особенное, о чем многие светодизайнеры и не слышали ввиду своей сосредоточенности на внешней красивой картинке как единственном важном критерии и конкурентном преимуществе.

Новые возможности светильников для АХО

Дистанционное регулирование угла излучения светильника без шаговых двигателей

Фантастическое решение от компании LensVector (рис. 1), созданное еще в 2018–2019 годах, предоставляет возможность без шаговых двигателей менять световые углы круглой формы в диапазоне 8–50°. Для так называемых настенных (акцентных) светильников (рис. 2) это решение позволяет на этапе мокапа выбрать вместе с заказчиком нужный угол излучения с необходимой дискретностью, например 26°, а не жестко заданной производителем вторичной оптики, а также сформировать новые динамические сценарии, в том числе с изменяемой цветовой температурой, которые могут воспроизводиться в праздничные и выходные дни — фасад здания оживет и без сложного проекционного оборудования. Что нужно для такого решения? Линза, работающая с двухцветными матрицами (COB), например LEDiL специальных серий типа ILONA или YASMEEN (рис. 3), блок питания, способный по командам от диспетчера управлять линзой LensVector, в частности MOONS’ MU050S150BQI211/B (рис. 4), и, конечно же, сама линза от компании LensVector.

Рис. 1. Электронная линза компании LensVector в составе светильника

Рис. 2. Настенный (акцентный) светильник компании ERCO

Рис. 3. Линзы ILONA и YASMEEN

Рис. 4. Блок питания MOONS’ MU050S150BQI211/B для управления электронной линзой

И это не единственная область, где можно применить такую уникальную технологию, поскольку и в прожекторах направленного (прямого) света (рис. 5), и в грунтовых светильниках (рис. 6) данная технология позволит создавать по-настоящему живые фасады зданий.

Рис. 5. Прожектор направленного света компании GRIVEN

Рис. 6. Грунтовый светильник компании IGUZZINI

А ведь есть еще открытые пространства и детские площадки, на которых освещение с помощью изменяющихся в размере и цвете «кругов» на пешеходной тропинке может сформировать поистине новую комфортную вечернюю среду и, что более важно, — улыбки на лицах ваших детей.

DMX/RDM — технология дистанционного управления светильником

Основным отличием ее от традиционного DMX (чаще всего это экранированная витая пара промышленного интерфейса RS-485), в котором случайное включение (мигание) светильников, связанное с ошибкой в посылке данных из-за отсутствия CRC-проверки, компенсируется высокой скоростью передачи данных, является функция RDM — обратная связь о состоянии светильника. Существенные преимущества RDM-функции:

• удобная удаленная адресация множества светильников на объекте с помощью компьютера, без предварительной их расстановки по таблице адресов, приводящей к многочисленным ошибкам и необходимости вызова монтажников для замены светильников;
• онлайн-контроль (удаленный) исправности осветительной установки и ее основных параметров по всем каналам (таких как выходной ток, выходное напряжение, температура и пр.);
• удаленная перепрошивка светильников в случае обнаружения ошибки в программном коде и/или при необходимости добавления дополнительного функционала.

Кто-то может возразить: «А зачем, собственно, светодизайнеру обратная связь от светильников? Ему важно, чтобы светило и переливалось, если требуется». Я с этим совершенно не согласен, так как никто не отменял еще авторский надзор — он создан для ответственных людей, которые переживают за свое детище и могут контролировать исправность оборудования и всей осветительной установки через несколько лет без посещения объекта. А в случае необходимости просигнализировать эксплуатирующей компании о неполадках на объекте, чтобы привести оборудование в норму и спустя годы подтвердить свою репутацию небезразличного исполнителя проекта.

 Технология DALI

Эта технология управления светильниками известна давно и распространена гораздо шире, чем DMX. Многие могут возразить, что данная технология не применяется в АХО и используется только во внутреннем освещении, поскольку она крайне медленная и не годится для динамичного освещения в АХО. И мы с вами полностью согласны: эта технология с гарантированным включением/выключением светильников без миганий совершенно не подходит для объектов с быстрым динамичным изменением цвета и света. Но ведь далеко не всем объектам это требуется! А потому, если мы будем говорить об объектах, где не используется поламповое управление, а только групповое, то, выбрав правильные блоки питания с расширенным набором команд DALI, вы сможете решить типовые задачи АХО.

• DALI TYPE 8 Tunable White (DT8 TW) — расширенный набор команд, позволяющий сократить адресное пространство и тем самым существенно сэкономить на мастер-контроллере, управляющем всей системой. Реализовано это за счет того, что при регулировании яркости двухцветных светильников используется только один адрес DALI на два цвета. Данная технология находит широкое применение для освещения объектов, где не допускается цветное освещение, а возможно применение только оттенков белого цвета, например объектах исторического наследия. Одно из «побочных» преимуществ такого DT8 TW — возможность подобрать на мокапе с заказчиком необходимую цветовую температуру в диапазоне 1800–6500 K, скажем 2300 K, без ограничений, связанных со строгой биновкой светодиодов и ограничивающих возможности светодизайна. Одним из примеров такого БП, поддерживающего DT8 и множество других режимов работы, является блок питания MOONS’ MU050S150BQI501, который отвечает стандарту IEC 62386 (рис. 7).

Рис. 7. БП MOONS’ MU050S150BQI501 с DT8 TW, соответствующий стандарту IEC 62386

• DALI color type xy-coordinate — эта глава стандарта DALI создана специально для RGBW-оборудования и предназначена как для внутреннего, так и для наружного освещения на тех объектах, где в качестве мастер-контроллера уже установлено оборудование с DALI-управлением и переделывать его на DMX у заказчика нет желания ввиду группового управления и низкой скорости изменения цветовой картины. Сегодня такое оборудование встречается крайне редко, но, возможно, при скором появлении соответствующего раздела в новом стандарте DALI-2 все изменится. Одним из примеров такого БП, поддерживающего установку цвета по X-Y-координатам (рис. 8) и множество других режимов работы, служит блок питания MOONS’ MU050I105DQI81.

Рис. 8. X-Y-coordinate по CIE 1931

Важные функции и параметры светильника, существенно улучшающие время его службы

Существует множество важных технических моментов, на которые необходимо обращать внимание, чтобы потом не горевать, что «светильники сгорели, а они были такими красивыми и так хорошо светили». Вы несете ответственность перед заказчиком за выбранное оборудование, поэтому, если вы не слишком хорошо разбираетесь в этих технических тонкостях, вам придется погрузиться в эту тему и понять, почему на первый взгляд одинаковые приборы так сильно различаются по стоимости. Второй вариант — обратиться за помощью к экспертам.

Далее мы укажем лишь некоторые, наиболее важные из таких параметров и функций.

• Изоляция между управлением и питанием светодиодов. Редко когда после установки оборудования на объекте при включении все начинает работать как часы. Так, при работе с DMX-оборудованием очень часто наблюдаются непонятные и необъяснимые «промаргивания», причин для появления которых может быть много, в частности, отсутствие терминирующих резисторов, ошибки в проложенной линии и т. д. Но причиной этого плавающего дефекта может оказаться и отсутствие гальванической изоляции между электрической частью питания светодиодов в светильнике и интерфейса управления светильником (DMX, 0–10V и др.). Зачастую это может быть связано с особенностями блока питания, встроенного в светильник, который не только запитывает светодиоды, но и сам управляется сигналами по DMX.

В результате при длинных линиях управления (для DMX — до 300 м по стандарту) и отсутствии такой изоляции вы физически увеличиваете длину линии питания микроконтроллера (мозг внутри блока питания или контроллера управления) и силовой «земли» преобразователей тока для светодиодов, установленных в драйвере вашего светильника, как бы вынося ее на десятки метров за пределы светильника. Микроконтроллер и другие полупроводниковые элементы внутри драйвера очень чувствительны к ЭМС, и отсутствие такой изоляции может сильно испортить картину на ответственном объекте. Выявить же истинные причины подобных неисправностей практически невозможно. Применение изоляции между управлением и питанием светодиодов ограничивает упомянутую длину сигнальной «земли» в размере только драйвера, исключая влияние ЭМС. На рынке существуют уже такие драйверы, и в светильниках для ответственных проектов рекомендуем использовать именно их, несмотря на небольшое удорожание светильника, связанное с существенным усложнением схемотехники самого драйвера.

• Токовая стабилизация по выходу. Многие светодизайнеры привыкли использовать в своих проектах диоды низкой мощности, порядка 0,1 Вт (например, при подсветке на основе светодиодных лент), которые питаются низким безопасным напряжением и управляются по низковольтной линии питания через силовой ШИМ (широтно-импульсная модуляция). В светодиодной ленте в цепи маломощных светодиодов последовательно с ними установлен токоограничивающий резистор, а в более дорогих решениях — токозадающий элемент на основе линейного стабилизатора низкого тока. В результате КПД при ШИМ-управлении падает до 50% (то есть 50% потребляемой электроэнергии светильником идет на обогрев окружающего пространства).

Выбирая устанавливаемый внутрь светильника источник питания с ШИМ-управлением, мы заведомо обрекаем светильник на работу с перегревом, на повышенную электрическую мощность при низком световом потоке и банальный выход оборудования из строя.

В светильниках же для АХО, работающих на улице, зачастую в широком диапазоне температур –40… +45 °C применяются светодиоды средней и высокой мощности — от 1 Вт и выше, которые в обязательном порядке необходимо запитывать постоянным током, а для диммирования использовать при этом сигнальный ШИМ. В случае возникновения аварии, когда, например, один из диодов в цепи (или группа светодиодов) вышел из строя и возникло короткое замыкание, то в драйвере напряжения на ШИМ просто возникает сбой, соответственно, светильник перестает функционировать. Токовый же драйвер в аналогичной ситуации продолжает работать, так как его задача — поддерживать постоянный выходной ток, независимо от внешних факторов.

Поэтому всегда уточняйте, каким именно способом, источником питания какого типа запитаны светодиоды в данном светильнике, чтобы не купить дешевый по сути светильник, но имеющий высокую стоимость, предназначенный изначально для внутреннего освещения и только со слов менеджера компании «Рога и копыта» являющийся эталоном качества и инженерной мысли.

• Широкий диапазон входных напряжений. По российскому законодательству диапазон питающих напряжений для сетей переменного тока должен составлять минимум 196–254 В для любого электронного оборудования, в том числе и светильников. Если же поставленный светильник не удовлетворяет этому требованию, то высока вероятность, что сертификат соответствия на него был куплен, и этот кусок железа надо утилизировать. Но это только регламентируемые требования к питающему напряжению светильника, а есть еще и реальные. Например, при выполнении проектов в загородных домах, где питание сильно скачет, особенно в нижнюю сторону в светильниках, не запитанных от источника стабильного напряжения 230 В (а это почти всегда так вследствие дороговизны и размеров таких устройств), и при напряжении 170 В они могут выключиться, замигать или выйти из строя без возможности быстрого и недорогого ремонта. Вы, конечно, будете возражать заказчику, который потребует замены по гарантии, — мол, вы сами виноваты, что не поставили стабилизатор. Но сомневаюсь, что это положительным образом скажется на вашей репутации. Особенно во времена соцсетей и так называемого сарафанного радио, когда негативная информация распространяется быстрее, чем положительная, и потерять заказчика просто, а вот найти нового с такими отзывами на форумах — крайне сложно. А ведь всего-то надо было взять светильник с широкой входной сетью и автоматическим выключением при сверхпониженном входном напряжении! Мировые производители выпускают драйверы, предназначенные для применения в загородном оборудовании и имеющие универсальный широкий диапазон входной питающей сети 90–305 В, чтобы перекрыть диапазон питания всех типов сетей по всему миру 110–277 В. Конечно, данная функция приводит к удорожанию, зато такой универсальный источник питания защитит и светильник от некачественной питающей сети, и вашу репутацию.
• Низкий пусковой ток (low inrush current). Очень часто на одном объекте и от одной фазы без разделения по группам запитано сразу большое количество светильников низкой мощности, например 30 Вт. Монтажники размышляют просто: мощность маленькая, значит, разбивать светильники по группам смысла нет, да и ставить дополнительные автоматы не нужно. И соответственно, получают серьезную проблему — срабатывание автоматических выключателей. Причина состоит в том, что даже маломощный источник питания светильника имеет очень высокий пусковой ток (в диапазоне 45–80 А), обусловленный наличием в драйверах качественных ЭМС-фильтров с конденсаторами большой емкости. Без специальных схем внутри, ограничивающих пусковой ток, избежать этого, к сожалению, невозможно. Кто-то начинает ставить специальные устройства по ограничению пусковых токов в ШУО, а кто-то устанавливает более мощные и медленные автоматические выключатели, которые не подходят по требованиям и создают дополнительную вероятность аварии на объекте. Всех этих проблем можно избежать, если использовать светильники, в которых применены драйверы с низким пусковым током — менее 10 А, как это реализовано в четырехканальном БП с DMX/RDM MOONS’ MU050S105DQI610 (рис. 9).

Рис. 9. Форма пускового тока БП MOONS’ MU050S105DQI610 и рекомендуемое количество автоматических выключателей

• Размещение блока питания IP67 снаружи светильника. Это еще одно очень распространенное заблуждение: поставить дорогущий БП известного мирового производителя с высокой степенью защиты от воды IP67 вне светильника, на его корпусе — «снизу» или вообще на удалении, и быть уверенным, что он «не протечет». К сожалению, это не так. Дело в том, что все мировые производители БП — Philips, MeanWell, MOONS’, Inventronics и другие — проводят испытания своих БП строго по «букве закона», как указано в методике испытаний, в которой, к вашему большому сожалению, отсутствует необходимость проверки при температурных перепадах, вибрации (очень актуально для фасадов зданий вдоль загруженных автодорог и мостов), солнечном УФ-излучении, в агрессивной химической среде (помните про зимние реагенты, которыми посыпают дороги, а потом эта грязь оседает повсюду?), и даже без включения БП в питающую сеть. Так вот, хотя все крупные производители БП стремятся к максимальной защите оболочки с учетом всего выше сказанного, сплошь и рядом встречаются БП noname-производителей, в которых крайне плохо сделана герметизирующая заливка компаундом (рис. 10). И это не будет гарантийным случаем для них, поскольку БП могут быть установлены только внутри светильника или в специальных шкафах и отсеках, защищающих его от струй воды (в том числе мойкой под высоким давлением при обслуживании светильника) и долгого нахождения в погруженном состоянии в воде (часто отсек под БП не имеет стока для воды). И конечно же, обратите внимание на изгиб кабеля, подведенного к БП, в этом месте чаще всего возникают проблемы с протеканием, иногда приводящим к выходу из строя всей группы светильников, если из-за попадания воды внутри БП происходит взрыв, а высокое напряжение попало на сигнальный провод DMX или DALI.

Рис. 10. Некачественная заливка компаундом БП популярного в России бренда после его извлечения из алюминиевого корпуса

• Рабочий температурный диапазон. Очень часто в России применяются светильники европейских фабрик — потому что это «дорого-богато», и китайских — потому что надо вписаться в бюджет и заработать на «Теслу». Хуже таких вариантов только кустарщина из непонятного гаража без каких-либо намеков на соблюдение качества на всех этапах производства под видом инноваций для импортозамещения. В большинстве случаев светильники даже очень известных брендов не пригодны для эксплуатации в России из-за требований к температурному диапазону от –40 °C, а потому они выходят из строя. Европейские светильники по европейским стандартам имеют границу от –25 °C. Китайские же и вовсе от 0 °C, потому что электроника в «чистокровных китайцах» взята чаще всего из светильников для внутреннего освещения, нередко с ШИМ-регулированием, то есть как минимум без учета разброса параметров светодиодов. На это мало кто обращает внимание, поскольку зимы уже не такие холодные, как раньше, но если вам не повезет и температура опустится до –40 °C, то имейте в виду, что драйвер светильника может не только не включиться, но выйти из строя, став полностью неремонтопригодным. Разумеется, продавец светильников скажет, что паспортные данные — это все ерунда и у нас громадный опыт и «мамой клянусь, уже мульён таких светильников работает, и ни одного не сгорело». Но как только вы принесете ему кучку таких железок на замену по гарантии, он тут же вспомнит про паспорт, забудет про пустые обещания и отправит вас в кассу оплачивать новые светильники, так как ремонт зачастую невозможен или дороже нового изделия. В итоге вашей репутации будет нанесен ущерб.

Функции, влияющие на качество света

Существует некий набор технических параметров, на которые стоит обратить внимание, чтобы привлечь заказчика световыми «фишками» — ведь когда на столе на выбор множество схожего оборудования, то в итоге все дело в мелочах, которые и делают вас победителем.

• Линейное или логарифмическое регулирование. Графики диммирования для обоих типов регулирования показаны на рис. 11. Как мы видим, отличие таких режимов в том, что при линейном регулировании светового потока происходит существенно более резкое нарастание светового потока (тока на светодиодах), чем при логарифмическом. В связи с особенностями человеческого глаза наблюдатель (заказчик) не воспринимает зрительно плавности изменения яркости и цветности. Использовать два различных типа диммирования на одном объекте ни в коем случае не допускается, поскольку визуально световая картина будет испорчена, так как вам не удастся добиться синхронизации свето- и цветодинамики светильников с различными типами регулирования. Надо иметь в виду и то, что очень часто под логарифмическим диммированием некорректно подразумевают один из трех популярных типов диммирования с нелинейной характеристикой, поэтому очень рекомендуем уточнять, какой именно тип диммирования предусмотрен в каждом выбранном вами светильнике. Если же вы планируете применить оборудование от разных производителей, то, прежде чем сделать выбор, необходимо тщательно протестировать их совместную работу.

Рис. 11. Графики линейного и логарифмического диммирования

• Программная настройка параметров светильника. У хорошего свето­дизайнера как минимум две большие беды — на этапе получения контракта за одну ночь надо успешно провести мокап, а в случае получения контракта устранить на объекте после его завершения косяки монтажников и произвести окончательную настройку оборудования. А если еще и настройки параметров оборудования на объекте, таких как выходные токи, адресация, тип диммирования, длительность строб-эффекта, сценарий аварийного режима и т. п., производятся непосредственно с помощью ДИП-переключателей внутри самого светильника, как показано на рис. 12, то, безусловно, сделать все это качественно и быстро, конечно же, не получится. Поэтому настоятельно рекомендуем выбирать для будущего проекта светильники, чьи параметры настраиваются дистанционно, по линиям управления, например DMX, чтобы можно было выполнить поставленную задачу качественно и в быстрые сроки, сидя в теплом помещении, за компьютером, и без задержек переходить к новым проектам.

Рис. 12. Типовой DMX-декодер с ДИП-переключателем

• Отсутствие световой пульсации при диммировании. Наверняка многие сталкивались с тем, что при просмотре видео, записанного при освещении от работающих в динамическом режиме светильников, на экране видны сильно раздражающие полосы (рис. 13). Это обусловлено повышенной пульсацией выходного тока источника питания. Чтобы избежать этого, внимательно изучайте паспортные данные светильника на предмет световой пульсации не только при статичном режиме работы, но и при диммировании.

Рис. 13. Световая пульсация в виде полос на экране дисплея

• Глубокое диммирование (менее 1%). Это очень важный параметр, так как большинство недорогих драйверов для светильников имеют нижнее значение диммирования по спецификации 7%, а на самом деле оно допустимо 15%!!! Это приводит к тому, что из-за разброса параметров светильников при их групповом включении и выключении вы не увидите плавного включения/выключения, а в большинстве случаев светильники не будут включаться/выключаться одновременно. Еще хуже, если светильники цветные, тогда получить качественное смешение цветов по всей цветовой палитре будет просто невозможно. Мы рекомендуем применять светильники, в которых предусмотрена технология глубокого диммирования (deep dimming), до 0,1%, — это позволит вам получить наиболее приближенную к идеалу свето- и цветодинамическую картинку и выделит ваш проект на фоне остальных своей безукоризненностью. Пример драйвера с технологией deep dimming показан на рис. 14.

Рис. 14. Светодиодный драйвер MOONS’ с глубоким диммированием до 0,1%

• Многоканальный драйвер. Существует заблуждение, будто трех- и четырехканальные драйверы используются только для RGB(W)-светильников, но это не совсем так. Многоканальные блоки питания оптимальны, например, для архитектурного освещения с использованием популярных многолучевых светильников, как показано на рис. 15. Управление освещением по независимым каналам позволит оживить фасад здания в выходные и праздничные дни или просто изменить стационарную картину освещения без замены светильников, если она уже надоела за несколько лет. Естественно, светодизайнер должен заранее согласовать с заказчиком различные сцены освещения. Самый большой недостаток в таком случае — вы не получите денег за повторный проект, зато сможете обосновать заказчику более высокую по сравнению с другими цену вашего проекта — «волшебные» светильники вам не придется менять через пять лет, достаточно лишь сменить сценарии.

Рис. 15. Типовой четырехлучевой настенный светильник

Заключение

Мы надеемся, что статья окажется полезной участникам светотехнического сообщества, ставящим перед собой задачи создания световых приборов, которые смогут конкурировать с изделиями признанных мировых лидеров рынка, таких как GRIVEN, IGUZZINI, ERCO и другими, поможет светодизайнерам в воплощении их самых футуристических идей, преобразующих нашу световую среду и делающих ее более комфортной.