電流戰爭是否再起？談LED燈具輸配線系統

首先聲明我沒有要引起什麼爭議、也沒有要製造什麼紛爭！只是看到一些科技的進步及相關新產品的開發成功而有感而發而已！

在進入主題討論之前，先來講個故事。百多年前被稱為直流電之父的愛迪生（Thomas Alva Edison）與交流電之父尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）間有一場在當時轟動全世界的「電流戰爭」，當然這是場牽涉到龐大商業利益及專利權之爭的準商業戰爭行為。最終Tesla以實實在在的交流電技術打敗了以他的前僱主Edison為代表的直流電，贏得了這場戰役，從此交流電便主宰了整個輸配電系統至今。不可諱言，在以長程電力傳輸為主要目的的輸配電系統上，交流電具有無可取代的特性，但直流電是否就從此被關入冷宮無人問津呢？顯然並非如此，直流電至今一直被運用在很多電子電機領域並具有交流電所無可取代的特性及地位，譬如說消費者最擔心的用電安全性，這個特色就是交流電所不可比擬的！我們來看所有的弱電系統幾乎都是直流電的天下，這個領域根本就完全沒有交流電存在的空間。

 當然我不是要來論斷交直流電間的優缺點及誰好誰壞！其實這兩者各有各的長處及缺失，也之所以這兩者一直並存於世，並各自被應用於不同領域中！

但我們今天要來嘗試顛覆一些既有的概念並試圖提出一套『結構化的燈光配接線系統』供大家參考及討論。會有這樣的想法我應該不是第一或唯一的一個，其實在很多的燈控案場應該都有見到少部分類似的施工法及行為，但我看很多人是知其然而不知其所以然，所以我們現在就把它以比較系統化的方法整理出來供大家研究研究！我必需強調這個構想主要還是比較適合LED燈，但也由於新式LED光源技術愈來愈趨於成熟，LED燈取代傳統燈泡的趨勢顯然勢不可擋，所以這個構想看來也愈來愈可行了！

在說明我們的構想之前，我們先來回味我之前談燈光控制相關技術時所提到的光源驅動技術。一組燈具是由三個主要元件組合而成：

1.          光源-發光元件，是燈的本體，依各不同的發光元件會有不同的發光特件。

2.          驅動器-電源供應，提供光源應有的能源以驅動發光元件持續發光。

3.          燈具外觀-燈具的外包裝品，好的燈具除了美觀外還要能解決眩光問題。

由於LED光源的特殊性不同於愛迪生所發明的傳統鎢絲燈泡，傳統燈泡幾乎都是利用110V或220V交流電來驅動發光，但LED燈則是比較符合低壓直流驅動的，一顆LED燈要被點亮可以歸納為二種方法：定電流或定電壓。常見的定電壓有12V、24V或36V，較主流的定電流則有350mA、500mA、700mA、1050mA…等，其它非主流不同安培數的LED也多所常見，也就因為有這麼多種不同且未統一的技術規格，所以如何選配LED光源驅動器就變成一門令人望之生畏的學問。

我們拉回來談今天主題-如何透過較好的輸配線系統供電給這些不同規格的LED燈。由於台電的輸配線系統是由交流電組成，所以在整個輸配電系統的最末端就必需得要加入交/直流變壓器以便能驅動點亮LED光源。我們用下面圖例來說明傳統燈具跟LED燈具的配線差異性何在：

若要採用結構化配線首先要面臨一個難題-如何買燈？跟誰買？燈的規格一定要明確！很多賣燈的連規格都不知道也提不出來，遇到這種狀況最好換個比較專業的供應商。當然一般消費者可能會說，我了解那麼多幹什麼？直接買來一組燈具就好了！我也不需要了解如何配接線以及是否系統化！沒錯，但無知通常代表的就是多花錢或者花錢買了不適合的產品又或者當東西壞了不知如何維修及如何更換不良品了！如果你是舊環境因為延用舊的電源配接線那今天討論的主題可能跟你不相干，可是如果你有新家落成考慮裝修又或者你正在為你的客戶規劃及設計裝潢新屋，那今天的主題你就值得花點時間了解了！燈控技術日新月異，燈具隨時可換，可是配線系統一經施作封板後再要來更改，那你就得求爺爺告奶奶了！

下面我們用一個居家環境新裝修的例子來說明『結構化的燈光配接線系統』施工法的細節！

先提個問題問有經驗裝修過新屋的消費者或設計師們，有沒有好好想想或規劃家中天花板上方的電源配置系統？答案肯定是沒有！又或者就交給水電師傅全權處理了！以我個人經驗過的案場來看，不論是五六十坪的一般居家或二佰坪的頂級豪宅，天花板上的電源線配置都是沒有系統化的！水電師傅幾乎都是隨性隨個人經驗配置的。當然這也不能完全責怪水電師傅，因為設計師自己也沒有想法、業主自己對於天花板上方的設備配置也可能一日數變，所以常見案場內水電師傅及木工師傅們各執一詞各有堅持，也常見天花板都已經要封板了，水電及木工工班們還在為了新設電源配置新管互起爭執！我們就不討論及說明傳統水電師傅如何配置電源系統了，直接把我們建議的配置系統化及結構化的說明圖例如下：

說明

1.          平面配置圖確認後即可將電源骨幹容量及配置確定並開始進行配管配線作業，可以減少大量溝通時間。

2.          依各獨立空間配置一組次配電箱或者與次弱電箱整合，各物聯網控制器也可同時置放在弱電箱內，未來要更換或維修都很方便。

3.          線徑容量足夠狀況下幾乎不用因末端設備增加而再行增加任何骨幹配管線工程，一氣苛成！可拉大一號線徑以利未來擴充。

4.          若各獨立空間內有任何未估設備新增需要新配置電源均可由次配電箱拉出，工程相對簡單多了！

5.          LED 燈具吃電改為低壓直流(屬弱電範圍)，除了免除觸電危險外亦可以用軟管配置，工序也可以更改為等天花板施作完工封板後再行進場一併施工。

6.          燈具開孔請設計師協同木工師傅處理即可，不用擔心電源配置問題！如此就可以完全免除水電/木工間的介面問題，不需任何溝通協調即可單獨分別作業。

7.          施工序更改為骨幹配管線及設備安裝配管配電(水電)->木工進場(天花板封板/燈具開孔)->燈具配置配電作業及送電測試(水電)。

8.          整體施工時程可以大幅縮短而且水電及木工間完全沒有交錯工程，設計師也有足夠時間和業主討論燈具安排及追加變更。

以上說明希望能給大家帶來新的思維並協助推動家庭數位化的進展！至於文章內提到的新產品-物聯網定電流/定電壓控制器我們留待下回分解！

自動控制的終極面向-整合

自動控制終歸是為了解決問題而生成，說白了我們利用自動控制這個手段或者說工具就是為了解決難解的疑難雜症及問題，而這些待解應用問題的終極面向就是整合。整合是跨領域知識的綜合體，說簡單可以很簡單，它沒有技術端的艱澀難懂，但若未具備百年功力却也很難面面俱到樣樣均通！

在開始談整合之前我們再回味一下前面提到的控制器、軟硬體接點、通訊協定及架構，這些種種看來似乎都是以控制器為核心發展出來的架構，差別只是大控制器整合小控制器罷了！沒錯，這樣子的整合架構就是傳統的整合方案，通常我們常用PLC整合各式控制元件用在工廠自動化、或用DDC整合消防、空調、門禁、監視…及其他弱電系統用在大樓自動化。

但是這類型的傳統整合應用要應付日進千里的網路智能化發展似乎有點捉襟見肘，所以就有另一股風潮興起了-智慧物聯網！何謂智慧物聯網？其實就是把控制器智能化、獨立化、小型化然後再利用通訊網路連結在一起就是了！所以今天我們談整合會跳脫傳統窠臼，比較以物聯網的架構及角度來談並多用一些例子來說明。

首先我們先說明一下傳統控制器跟物聯網控制器的相異之處在那？

l   傳統控制器不論是PLC或DDC都是以自我為核心去整合別的元件，所以為了彈性容納更多的元件所以需要更多的硬體介面及記憶體，以便於整合這些非智慧型的元件，甚至高階機型還要內建整套完整的圖控開發工具以便處理繁雜的人機介面，因此CPU也因而肥大了，價格也因而拉高了！反觀物聯網物件則是小而美，用很小的CPU及記憶體執行所付予單純的智慧化工作！

l   以硬體介面來說，傳統控制器通常是可擴充的，大部分物聯網控制器則為了專屬應用而存在所以通常沒有擴充功能；但若以軟體介面或功能來說則相反了，物聯網控制器很常見因功能添加或進版而進行軟體更新。

l   傳統控制器通常需要有邏輯概念的工程人員設定或程式設計製作程式方能運行，但是物聯網控制器則是出廠內建程式，當然如何選擇內建程式也需要工程師動手，這兩類工程師的背景稍許不同，傳統控制器的工程師偏重工程、物聯網工程師偏重應用。

l   傳統控制器的運作順暢與否及穩定性通常要看設計工程師的功力，同樣的控制器經由不同等級的工程師出手會有截然不同的表現、反之物聯網控制器就單純多了，程式己經原廠多方調校，通常可信度很高不會有不穩定的狀況發生，但是各類別應用的參數了解及設定則需另一番功夫！

l   物聯網控制器大部分是由非智慧性元件所衍生出來，這部分是原來傳統控制器所不具備的，這個元件進階智慧化的需求及功能也是傳統控制器很難處理的部分。

我們要了解這兩者沒有好壞之分，只有適用與否的問題，如何選擇存乎一心，甚至互相結合也在所多見。

我們下面來利用二個物聯網的元件及一個簡單的應用例子作說明：

l   存在感應器-傳統感應器或者稱為PIR感應開關，觸發感應的技術通常都是單一的(最常見的是紅外線)，也都是出廠即設定好，譬如反應技術及感應範圍等，工程師很難在現場依環境狀況再行調整，輸出也是很簡單的1 位元乾接點(On/Off)；反之物聯網感應器就不是開關這麼簡單了！外觀除了輸出是以通訊接點取代乾接點外跟傳統感應器沒什麼不同，但它一定附帶一組連結設定程式，工程師可以依現場環境及應用需求進行設定，譬如常見有日/夜模式、感應模式選擇(若具備多重感應)、感應參數設定、多重感應器組合連線(Master/Slave)…等等，不同廠商所提供的軟體功能都不相同，因此同樣的硬體感應器會因不同的應用軟體而有不同的應用表現，當客戶需要比較精準感應、避免誤報及複雜應用時若不選擇智慧型元件，要控制器工程師依需求專案開發控制程式，那大概可以很肯定告訴你"死路一條"，工程師一定告訴你"沒有這個選項"！

l   IAQ(溫/濕/二氧化碳三合一)感應器-傳統感應器這三種是分離的，由三種不同感應器透過三組類比通訊線送回現場感應資料給控制器的AI接點進行接收，控制器接收到訊號後進行解析判別再經邏輯運算後輸出控制其他受控元件，反之我們來看物聯網組件的差別及如何運作。首先感應器是三合一一體的，第二它不再只是單向輸出，它是透過通訊溝通的亦即它是也可以接收命令的，第三它通常不會只是單純的感應器這麼簡單，當然它可以選擇將三種感應資料分別輸出給需要的元件，但比較進階的感應器會具備控制邏輯功能選項，譬如配合溫度選項會有完整冷暖氣控制功能可設定選擇如：

n   Send following change by(0.1K~2.5K)

n   Cooling/Heating type

n   Cooling/Heating Sepoint

n   Control value type (PWM or Continuous 0..100%)(這表示它可以變頻控制)

n   Send cyclically after

若是配合濕度選項會有除濕機控制功能及參數可設定選擇如：

n   Send following change by(2%r.h.~10%r.h.)

n   Default switching point stage1[%r.h.]

n   Default switching point stage2[%r.h.]

n   Default switching point stage3[%r.h.]

n   Hysteresis(2%r.h.~10%r.h.)

n   Control value stage 0[%r.h.]

n   Control value stage 1[%r.h.]

n   Control value stage 2[%r.h.]

n   Control value stage 3[%r.h.]

n   Stage when overridden(0、1、2、3)

n   Send cyclically after(min)

若是配合二氧化碳濃度選項則會有全熱交換機控制功能及參數可設定選擇如：

n   Altitude abobe sea level[m](多貼心可以設定所在地的海拔高度)

n   Send following change by(50 ppm~500 ppm)

n   Default switching point stage 1[ppm CO2]

n   Default switching point stage 2[ppm CO2]

n   Default switching point stage 3[ppm CO2]

n   Hysteresis(50 ppm~500 ppm)

n   Control value stage 0[ppm CO2]

n   Control value stage 1[ppm CO2]

n   Control value stage 2[ppm CO2]

n   Control value stage 3[ppm CO2]

n   Stage when overridden(0、1、2、3)

n   Send cyclically after(min)

應用案例說明

連線設備

l   冷氣機+智慧物聯網介面

l   除濕機+智慧物聯網介面

l   全熱交換機+智慧物聯網介面

l   存在感應器

l   IAQ三合一感應器

備註：目前各類家電因為尚未具備智慧物聯網功能所以必需另配介面

連線架構圖

功能說明

1.          冷氣自動控制-處理溫度(可變頻控制)

u  日間模式-人在時設定24°C、人離開時設定節能28°C

u  夜間模式-人在時設定27°C、人離開時設定節能32°C

2.          除濕機自動控制-處理濕度

u  固定運轉模式-設定相對濕度 50% +- 10%

u  人在時停止運轉(若嫌太吵)

3.          全熱交換機自動控制-處理室內外新鮮空氣交換

u  固定運轉模式-設定二氧化碳濃度 800 ppm +-100 ppm

以上面實例說明我們可以總結二者差異點如下：

u  實體配線-傳統配線總類多元且複雜度高，線路查修常會讓人抓狂；反之物聯網架構配線單一簡單而且擴充性高。

u  功能性-物聯網架構的智慧型功能是傳統控制器所不能比擬的。

u  穩定性-傳統架構就看控制單元，控制單元毀損則所有功能停擺離線；物聯網架構則各個單元分別獨立，若單一元件損壞時可在不關閉系統的情況下線上更新元件並下載連線軟體，影響層面比較小。

u  價格-物聯網各式感應元件鐵定比非智慧型感應開關高，但整套系統並不需要額外配置中央控制單元，若加加減減整體造價(含配線施工)可能不相上下。

待續…