2017年5月9日 星期二

物聯網LED調光控制器的應用

物聯網LED調光控制器的應用

很多人似乎對這個產品的用途及好處還不是很了解,今天我們就來舉幾個可能的應用場景供大家參考
我們舉例的產品為定電壓4廻路控制器,在說明之前先大概描述設備規格如下
l   外置電源供應器12-36VDC20.5A
l   輸出4x(12-36VDC)5A,換算瓦數則為 4x(60-180)W
l   支援物聯網通訊協定,KNXMCGNet
l   各廻路單獨開/關及調光(0-100%)功能
l   各廻路耗能分析(提供耗能數據)
l   容許環境溫度-20°C ­ +50°C
l   認證:KNXCERoHS
一個新產品的開發及生產必有它的市場性及道理,投入那麼多的研發人力成本及認證開模投產都是一段辛苦的產出歷程,但當然也不期望就能取代所有相類似的產品,每個產品都必然會有它適用的場域及範疇這中間該如何拿捏取捨就要看規劃者如何了解及應用了所以今天我們會以這個產品的角度出發來看看它到底較適合那一類型的應用場合首先當然前題是要應用在需要燈光控制的領域,若不需要燈光控制的場合那我們所有的介紹都是贅言一堆我們當然也會比較傳統的做法,並說明其中差異何在

場合一:4廻路燈條(12VDC層板燈應用為例)下面分別來說其中差異點

採用設備差異
l   傳統方案利用4廻路燈光控制器x1+(電源源供應器+燈條)x4
l   物聯網新方案則採用(電源源供應器+4廻路物聯網燈光控制器)x1+燈條x4
看來好像沒什麼差別,可是這中間除了採購時供應商差異外,還有等一下後面討論的設備置放點及線路佈放都會因此而有所不同,我們分別說明如下:

採購差異
傳統方案通常燈條及電源供應器應該是同一家燈具供應商提供,客戶需求米數需要預先規劃好再告訴供應商提供報價進行採購下面則說明採用物聯網架構後設備採購的方式不同處
l   燈條採購方法不同-燈條可以直接跟光源廠購買長米數包裝(需自行了解規格,色溫,亮度,晶片等技術規範),自行依客戶需求裁剪需要長度並自行焊接連接線
l   電源供應器選購方法不同-電源供應器也可以直接跟設備廠(非燈具商)直接採購足瓦(需自行計算總耗電瓦數) 電源供應器,通常這樣都可以用原來4顆小瓦數變壓器的成本換購一顆大瓦數電源供應器,而且通常廠牌品質及保固都會更優
如果各位的專業背景足夠又有良好的供應商關係,那你的原材料供應成本一定會有可觀的差異性,而且又能提供客戶符合需求又品質佳的解決方案

設備置放點及線路佈設差異
傳統燈控案自動控制廠商都會把控制器置放在集中控制盤內,這一方面除了是美觀好管理外,最重要則是為了方便盤廠能預定施作及方便設定可是若換成物聯網架構,由於是採用分散式拓樸,集中控制盤簡化了,基本上是不需要再多花錢請盤廠定作了,以我們這次討論的場景來說,4廻路燈光控制器+電源供應器會移到接近燈條的位置擺放(最好也找個小箱體安裝以防灰塵),所以線路佈放的拓撲是不一樣的,我們用下圖來比較說明其中差異:


這兩種方案的差異主要倒不是在設備位置的不同而是在於2.0電源線的配置差異(動力線通常還需要配置EMT),如果案場大控制廻路數量較多時,光是省下來的配管配線工料就十分驚人!更何況傳統集中控制方式是完全沒有擴充能力的(光配線施工就足以搞死人了),反觀物聯網架構就不一樣了,佈線擴充容易,隨時添購設備加入即可!當然已經內建的調光及耗能分析功能,若有一個好的業務這些免錢新增的功能可以幫公司增加多少業績及利潤來源啊!


下一個應用場景留待下回說明

2017年5月3日 星期三

續談自動控制的終極面向-整合

在進入主題談整合之前我們先來介紹二組專有名詞:
1.          Building Management System (BMS)/Building Automation System (BAS)
2.          Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)
這些名詞很常見於中央監控系統整合,也分別是各自動控制系統的整合中心,通常SCADA 是工廠自動化的代表,而BMS/BAS 則較常見於大樓自動化的領域。SCADA 在工廠自動化領域幾乎被工程師奉為必備圭臬,可是她到底還是很難走入人間接觸一般平凡百姓!相對於此, BMS 則得利於智慧大樓的興起及整合功能的愈見重視而漸漸被樓宇業界看重及引用。我個人看法是 SCADA只是一個通用名詞,廣義上你可以說她含蓋所有中央監控系統(含大樓自動化)BMS則比較侷限於大樓自動化的監控應用領域,但通常若要整合大樓自動化的所有弱電系統,大概也很少會有人去找一套SCADA系統來支援,下圖統合這二者的整合架構圖供大家參考。

其實若不要去細究一些小細節,這兩者的功能是大同小異的,都是整合應用軟體系統也都和硬體無關,SCADA可以下接各廠牌的PLC或透過通訊介面橋接各子系統,BMS則通常下接DDC及透過通訊介面橋接各子系統。SCADA因為是各工廠自動化工程師主導,均具備足夠工程背景所以都會選擇各自熟悉或延續舊系統,但大樓自動化領域則不同了,在興建公共建設或建築物時是由建築師及技師主導一切,這時是看不到業主影子或後續物管及未來運營維管中心的,所以採購發包時BMS+DDC是合併處理的(應該不會有發包單位自找麻煩分項發包),所以在中大型案件這兩者通常會是同廠牌的,所以西門子用自己的BMS(Desigo)+DDC(PXC) Schneider則用它自己的StruxureWare+ASHoneywell 也有自己獨特的規劃配套等等方案各自不盡相同。

今天我們談整合會把主題鎖定在大樓自動化這個領域,也會來分享一些設計案例供大家參考,談到智慧建築總共大概不外乎下列八大指標:
1.          綜合佈線
2.          資訊通信
3.          系統整合
4.          設施管理
5.          安全防災
6.          健康舒適
7.          貼心便利
8.          節能管理

這八大項目看來有點虛無飄渺,其實總歸一句話,要達到這些功能就是基礎工程要規劃設計好,施作要確實完善才能達到完全的系統整合,也才能降低整合成本並釐清系統與系統間的整合介面,我們今天就來提幾個基礎工程觀念供大家參考。
首先我們來看一棟大樓有那些主次要系統需要被整合,我們用一張圖大概就可看出大概,這些系統應該是現代大樓都需具備的項目,請見下圖: 

這裡面含蓋比較傳統領域的冷暖空調,門禁,監視,保全,燈控,對講,消防等以及比較新穎的資通訊服務類。資通訊類當然是以乙太網路為基礎通信架構,但傳統系統就比較有爭議了,由於一些相對來說比較傳統的設備因為種種原因並未考慮具備乙太網路接入口,所以這是第一個必需改變觀念的地方,為了銜接容納更多元的系統及考量簡單彈性及容易擴充的特性,大樓通信骨幹設施就勢必得進行統一整合調整。下圖是無庸置疑不得不的採行方案-『乙太網路光纖骨幹』,至於頻寛是否足夠及分配問題我們今天不討論,留待未來有機會再分享。

我們都知道一棟住宅大樓的規劃少說也需有五六十年生命週期,若是商辦大樓更需考量百年左右的生命週期,所以跨樓層的骨幹是最難設計的,因為在設計階段沒有人能預知各個樓層何時會加入何種設備需要整合至中央監控系統,也不可能預留太多預埋空管及線槽(成本太高了也不切實際),同時為了防火區隔等消防安全議題考量,各個樓層必需施做防火隔離,所以更不可能隨意打破防火隔離層補拉管路及線路,只能一次到位,因此光纖乙太網路就成了唯一選項!
為了因應這個設計架構的改變就需要有一個主要的因應措施-『中心核及各樓層離散核的設計』,由於這需要預留空間規劃,所以必需溝通請建築師加入設計範疇並配置公共空間出來,若確定這個主架構後整棟大樓的垂直幹纜就底定了,除了光纖芯數設計量外不需也不會再因任何系統進行變更。下面我們提供一個幾年前設計的一個案例架構供各位參考,這個案子目前已經完工運行中(總建坪應該是全台目前最大案例)

總歸說來各個子系統都必需要能提供分散式架構以利於被整合,各個樓層各子系統的末端設備last mile線路都會集中到當樓層的離散核內,若樓層平面太大也可以規劃多個離散核以減少末端線路的配置距離,所以整個末端設施佈線規劃就相對變的簡單明瞭多了!當然各系統採用的設備等級必需得升級,數量也因為分散化了就勢必得增加,這是不得不然的規劃趨勢。
所有弱電子系統包含未規劃待擴充的部分接入離散核的設計架構我們用一張圖就可以清楚表示出來。

所以說所有除了離散核連接中心核屬於主體工程需在第一時間發包外,其餘各弱電子系統都可以在第二時程(如裝修工程設計完工後)再持續發包,也就是說不需要在各樓層平面設計未完成(通常在大樓主體建置工程完工階段業主都還在變更)階段就選定設備廠牌及佈設數量(因為沒有資料,評估設計末端設備的位置點等圖說常佔整體設計規劃量的80%)

若業主能依此架構設計整體弱電系統再加上發包心態及方法的修正,可以預見將大幅縮短設計規劃時程精準配置預算並大幅縮短施工時程,業主也可以選到最新穎的設備(依現狀規劃的設備從設計到業主入住採用常常是5年前的舊品了),當然業主選定的系統整合商不論是能力廣度面向及遠見將會是決定這整個案子的成敗關鍵要素!

2017年4月12日 星期三

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110V220V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12V24V36V,較主流的定電流則有350mA500mA700mA1050mA…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!