УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ
POWER CONTROL OF ELECTRIC SYSTEM OF LIGHTING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к управлению электропитанием для систем освещения и имеет конкретное, но не исключительное применение к системам освещения с поддержкой передачи питания через сеть Ethernet (PoE).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Некоторые электрические осветительные устройства, такие как светодиодные (LED) осветительные устройства, могут возбуждаться при более низком напряжении, чем при традиционном питании от сети переменного тока (AC), делая практически осуществимым распределение электропитания низкого напряжения в сети освещения.
Технология PoE была разработана для подачи питания низкого напряжения от источника, такого как PoE коммутатор, на питаемое устройство, такое как точка доступа wi-fi или видеокамера, через один и тот же кабель Ethernet, который переносит сигналы на устройство и от него. Это значительно упрощает установку объединенных в сеть устройств, поскольку только один кабель является необходимым и для питания, и для связи. Питание обычно подается от PoE коммутатора в общем режиме по различным парам проводников, обеспеченных в кабелях Ethernet. Стандарт Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE 802.3at-2009 на PoE допускает до 25,5 Вт мощности, подлежащей подаче на питаемые от сети устройства. К тому же схемы нестандартизированной технологии PoE были предложены и реализованы к настоящему времени.
Имеется возрастающий интерес к использованию технологии PoE для объединенных в сеть систем освещения. PoE обеспечивает преимущество отдачи по мощности для систем освещения с питанием постоянного тока (DC) низкого напряжения, например, систем освещения на основе LED, где осветительные LED устройства подключаются кабельной сетью Ethernet к общему PoE коммутатору, поскольку только одно центральное преобразование переменного тока/постоянного тока (AC/DC) необходимо в PoE коммутаторе, чтобы преобразовывать питание от сети переменного тока (AC) в низковольтное питание постоянным током (DC), которое может подаваться через кабельную сеть Ethernet на осветительные устройства.
Однако осветительные устройства в сети освещения включаются и выключаются многократно, в отличие от систем PoE, обеспечивающих питание на сетевые камеры и устройства wi-fi, которые обычно сконфигурированы являющимися всегда включенными. Будет желательным отключать подачу питания через сеть на осветительные устройства, которые не находятся в использовании, чтобы минимизировать питание в режиме ожидания, потребляемое неактивными осветительными устройствами, но без требования специально спроектированного контроллера сети освещения для PoE или без индивидуальной подготовки к работе PoE коммутаторов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте изобретение обеспечивает сетевой коммутатор, действующий с возможностью управлять подачей электропитания на устройство в сети, причем коммутатор сконфигурирован для подачи питания на устройство после приема сигнала, предназначенного для устройства, и продолжающий подавать питание на устройство, пока последовательные сигналы от устройства принимаются в течение периода, меньшего, чем предварительно установленный период отключения.
Сетевой коммутатор может включать в себя множественные порты для различных сетевых устройств, например, осветительных устройств сети освещения, и может реагировать на то, является или не является связь активной на одном из его портов, чтобы определять, подавать или отключать питание на осветительное устройство, которое подключено к порту коммутатора. Коммутатор дополнительно сконфигурирован с временным промежутком, по которому можно определять, находится ли осветительное устройство все еще в режиме активной связи или не находится.
Таким образом, сетевой коммутатор не должен управлять подачей питания на свой порт на основании явных команд управления электропитанием, которые он может принимать; предпочтительнее сетевой коммутатор определяет на основе пассивного прослушивания, подавать ли питание на одно из устройств, подключенных к нему, на основании активности. Преимущество состоит в том, что сетевой коммутатор может быть стандартным коммутатором с некоторой конфигурацией или очень небольшим обновлением встроенного микропрограммного обеспечения. Нет необходимости обеспечивать сетевой коммутатор, который ʺпонимаетʺ сообщения приложения, такие как ʺвключить/выключить осветительное устройствоʺ.
Во втором аспекте изобретение обеспечивает устройство, сконфигурированное, чтобы принимать от удаленного пункта и электропитание для работы, и командный сигнал на включение, через общее кабельное соединение, и в ответ на включение, посылать в удаленный пункт сигнал периодически до тех пор, пока не будет выключено.
Сетевое устройство может быть осветительным устройством, сконфигурированным, чтобы принимать от удаленного пункта и электропитание для работы, и командный сигнал на включение, и в ответ на включение посылать в удаленный пункт сообщение связи, которое не содержит какого-либо явного запроса на подачу питания, а только используется, чтобы указывать сетевому коммутатору, что оно является активным. Осветительное устройство продолжает посылку сообщений периодически (многократно), пока не будет выключено.
Согласно выключению подачи питания, когда осветительное устройство выключено, имеет место минимальное потребление питания в режиме ожидания для осветительного устройства и сетевого коммутатора.
Изобретение также включает в себя компьютерную программу, подлежащую исполнению процессором PoE коммутатора, действующим с возможностью управлять подачей электропитания на сетевое устройство, причем программа реагирует на сигналы от устройства, и подавать питание на устройство, пока последовательные сигналы принимаются от устройства в течение временного промежутка меньшего, чем предварительно установленный период отключения.
Программа может отвечать на сообщение связи, предназначенное для устройства в сети, такого как осветительное устройство, для подачи питания на осветительное устройство через свой порт и подавать питание на осветительное устройство, пока последовательные сообщения связи принимаются в течение периода, меньшего, чем предварительно установленный период отключения.
Изобретение дополнительно включает в себя способ оперирования коммутатором и осветительным устройством соответственно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы изобретение было понято более полно, вариант осуществления такового теперь будет описан в качестве иллюстративного примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 - структурная схема сети освещения на светодиодах, управляемой двумя PoE коммутаторами;
Фиг. 2 - структурная схема осветительного устройства для сети;
Фиг. 3 - схематичная дейтаграмма команд, посылаемых по сети;
Фиг. 4 - структурная схема датчика, содержащего коммутатор и/или детектор приближения объекта; и
Фиг. 5 - блок-схема программы управления электропитанием, исполняемой PoE коммутаторами.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой на Фиг. 1 схематично иллюстрируется низковольтная сеть освещения на светодиодах, в которой осветительные LED устройства 1-1…, 1-6; 2-1…, 2-6 соединены в сеть вместе с датчиками 3-1, 3-2; 4-1, 4-2.
Осветительные устройства 1 и датчики 3 связаны с первым PoE коммутатором 5, и осветительные устройства 2 наряду с датчиками 4 подключены ко второму PoE коммутатору 6. Первый и второй PoE коммутаторы 5, 6 соединены в цифровой сети, которая позволяет, чтобы сигналы данных по IP-протоколу передавались между коммутаторами, и к тому же центральный блок 7 управления освещением, действующий с возможностью передавать индивидуально адресуемые IP сигналы данных на осветительные устройства через коммутаторы 5, 6. Связь между центральным блоком 7 управления освещением и отдельными осветительными устройствами 1, 2 может быть в любом подходящем цифровом формате, например, хорошо известном формате Цифрового интерфейса управления освещением с адресацией (DALI).
Рассматривая PoE коммутатор 5 более подробно, множество входов/выходов, которые включают в себя переключательные элементы 8-1…, 8-8, подключенные линиями (участками) Ethernet кабеля 9-1…, 9-8 соответственно к отдельным из осветительных устройств 1 и датчику 3, как проиллюстрировано на Фиг. 1. Коммутатор 5 включает в себя преобразователь (выпрямитель) 10 AC/DC, который принимает питание 11 от сети AC, например, 240В, и обеспечивает выход постоянного тока (DC) низкого напряжения на линии 12, например, в 9В, который подается на каждый из переключательных элементов 8 для подачи на отдельные осветительные устройства и датчики через кабельную сеть 9 Ethernet. Питание DC подается под управлением процессора 13, имеющего связанную с ним (ассоциативную) память 14, которая хранит программу управления питанием, подлежащую исполнению процессором, как пояснено более подробно ниже в документе. Питание DC может подаваться через кабели Ethernet в соответствии со стандартом IEEE 802.3at-2009 на PoE.
Подобным образом второй PoE 5' включает в себя преобразователь 10' AC/DC, который обеспечивает соответствующий выход DC на линии 12', которая переключается через переключательные элементы 8-1'…,8-8' на соответствующие из осветительных устройств и датчиков 2, 4 под управлением процессора 13', который исполняет соответствующую программу управления питанием, хранимую в памяти 14'. PoE коммутаторы 5, 5' соединяются в сети освещения через кабельную сеть 6 Ethernet и находятся в связи с центральным блоком 7 управления освещением.
Со ссылкой на Фиг. 2, отдельные осветительные устройства 1, 2 содержат каждый осветительный элемент низкого напряжения, такой как светодиодная лампа или осветительное устройство 15, которое принимает питание DC низкого напряжения через коммутатор 16 под управлением процессора 17 со связанной с ним памятью 18. В последующем обсуждении, где соединение и работа осветительного устройства 1-1 через кабельную сеть 9-1 Ethernet на PoE коммутатор 5 через переключательный элемент 8-1 будут описаны более подробно, понятно, что соответствующие соединения с другими осветительными устройствами 1, 2 являются такими же. Как показано на Фиг. 2, Ethernet кабель 9 содержит множество различных пар проводов, два из которых, 19 и 20, показаны. Различительная пара 19 несет данные для управления работой осветительного устройства 1-1 и проходит между сетевым кабелем 6 и интерфейсом 21 ввода/вывода, связанным с процессором 17 осветительного устройства, показанным на Фиг. 2. Различительная пара 20 обеспечивает питание DC низкого напряжения на осветительное устройство от преобразователя AC/DC 10 в течение периодов, определенных процессором 17.
Каждое осветительное устройство имеет отдельный адрес, хранимый в памяти 18. Процессор 17 может передавать сигналы через провода 19 Ethernet кабеля 9-1 на сеть 6 через интерфейс 21 и подобным образом может принимать команды от сети 6 через провода 19, чтобы управлять работой коммутатора 16.
Общий формат сигналов управления освещением, передаваемых по проводам 19 и через сеть 6, показывается на Фиг. 3, и содержит дейтаграмму, которая включает в себя биты 22 в заголовке, которые включают в себя исходный адрес, от которого дейтаграмма была передана, и адрес в заголовке, на который дейтаграмма направлена. Биты заголовка, соответствующие одноадресным и вещательным передачам, могут быть включены в заголовок 22. Дейтаграмма также включает в себя биты 23 данных, соответствующие командам, которые будут выполняться в пункте назначения, наряду с контрольными битами 24 для использования в проверке в пункте назначения для обнаружения ошибок передачи.
На Фиг. 4 иллюстрируется пример структуры одного из устройств 3, 4 датчиков. Иллюстрируется конкретный пример датчика 3-1, подключенного к переключательному элементу 8-4 через Ethernet кабель 9-4, понятно, что другие соединения датчика являются такими же. Датчик 3-1 включает в себя в этом примере управляемый вручную коммутатор 25, а также детектор 26 приближения объекта, например, инфракрасный (IR) детектор перемещения, который может быть расположен в конкретном месте в помещениях, чтобы обнаруживать обитателей и запускать работу конкретной группы осветительных устройств. Будет понятно, что коммутатор 25 может быть настенным выключателем для использования в конкретном месте. Отдельные датчики 3,4 могут включать в себя либо коммутатор 25, либо детектор 26 приближения объекта, либо и тот, и другой, в зависимости от требуемой функциональности. Коммутатор 25 и детектор 26 приближения объекта питаются питанием DC низкого напряжения от преобразователя 10 AC/DC через переключательный элемент 8-4. Питание DC обычно будет включено, но может выключаться процессором 13, если потребуется отключить датчик 3-1. Данные передаются между датчиком 3-1 и сетевым соединением 6 через провода 19, связанные с интерфейсом 27 ввода/вывода, который связан с процессором 28 со связанной с ним памятью 29. Таким образом, когда коммутатор 25 или детектор 26 приближения объекта активируются, процессор 28 создает дейтаграмму, соответствующую показанной на Фиг. 3, которая может передаваться на PoE коммутатор 5 и/или центральный блок 7 управления, чтобы указать режим работы и чтобы обеспечивать команду на включение связанных осветительных устройств.
Когда отдельные из осветительных устройств 1 выключены, процессор 13 коммутатора 5 конфигурируется для отключения подачи питания DC на каждое выключенное осветительное устройство, чтобы препятствовать ему потреблять питание в режиме ожидания, пока выключено. Это может привести к существенной экономии питания для сетей, которые включают в себя много осветительных устройств.
Процедура для выключения подачи питания DC для отдельных осветительных устройств теперь будет описана более подробно со ссылкой на показанную на Фиг. 5 схему последовательности операций.
В первом сценарии любой датчик в пространстве, например, в комнате, будет управлять всеми осветительными устройствами в комнате. Таким образом, со ссылкой на Фиг. 1, работа любого из датчиков 3, 4 включит все осветительные устройства 1, 2. В этом сценарии отдельный из датчиков, например, датчик 3-1, может передавать сигнал от своего процессора 28 через интерфейс 27 и провода 19 Ethernet кабеля 9-4 на сеть 6 сигнал, имеющий формат, иллюстрируемый на Фиг. 3 с заголовком 22, указывающим широковещательный сигнал. При условии, что все осветительные устройства 1, 2 первоначально выключены, процессор 13 PoE коммутатора 5 обнаруживает сигнал, переданный от коммутатора 3-1, и в ответ включает питание DC через переключательный элемент 8-1…, 8-8 на каждое из соединенных устройств через провода 20 Ethernet кабелей 9-1…9-8, чтобы питать все осветительные устройства. Подобный процесс происходит в PoE коммутаторе 5', так что все из осветительных устройств 2 подключаются к питанию.
Рассматривая осветительное устройство 1-1 подключенным к питанию таким образом, процессор 17, показанный на Фиг. 2, принимает питание DC от проводов 20 через интерфейс 21 и управляет коммутатором 16, чтобы включить LED 15. Кроме того, под управлением программы, хранимой в памяти 18, процессор 17 периодически посылает сигналы ʺудерживать активнымʺ на сеть 6. Эти сообщения ʺудерживать активнымʺ могут быть широковещательными сигналами в формате, показанном на Фиг. 3. Сигналы ʺудерживать активнымʺ обнаруживаются процессором 13 через связанный с ним переключательный элемент 8-1, и поскольку сообщения от осветительного устройства 1-1 повторяются в течение предварительно установленного временного периода Δ, процессор 13 будет давать команду переключательному элементу 8-1 продолжать подавать питание DC на осветительное устройство 1-1. Иначе питание DC будет выключено переключательным элементом 8-1 под управлением процессора 13.
Когда датчик 3-1 приводится в действие для выключения осветительных устройств, это делается передачей широковещательного сообщения на сеть 6 в формате по Фиг. 3, но с полезной нагрузкой данных, указывающей, что осветительные устройства должны быть выключены.
Когда осветительные устройства 1,2 принимают сообщение на выключение, их процессоры 17, показанные на Фиг. 2, обнаруживают команду на выключение в данных 23 и приводят в действие соответствующие коммутаторы 16, чтобы выключать LEDы 15 индивидуально. Кроме того, каждый процессор 17 прекращает передавать сигналы ʺудерживать активнымʺ. Таким образом, рассматривая, например, осветительное устройство 1-1, после истечения предварительно установленного периода Δ, процессор 13 отключает переключательный элемент 8-1, чтобы выключить питание DC, подаваемое на осветительное устройство 1-1 через провода 20 Ethernet кабеля 9-1. Таким образом, избегается потребление питания в режиме ожидания, которое иначе будет иметь место при выключенном осветительном устройстве 1-1. В первом сценарии все осветительные устройства будут выключены и отключены от питания с тем, чтобы снизить питание в режиме ожидания, потребляемое всей сетью.
Процессоры 28 датчиков 3, 4, однако, сконфигурированы, чтобы выдавать сигналы ʺудерживать активнымʺ периодически с периодичностью меньшей, чем предварительно установленный период Δ и поэтому останутся рабочими, чтобы позволять осветительным устройствам включаться снова с помощью коммутаторов.
Процессор 13 исполняет программу управления питанием, хранимую в памяти 14, с тем, чтобы в режиме ожидания выключать питание на осветительные устройства, когда сигналы ʺудерживать активнымʺ прекращаются на более чем предварительно установленный период Δ. Рассматривая осветительное устройство 1-1 в качестве примера, процесс управления питанием, выполняемый процессором 13, иллюстрируется на блок-схеме по Фиг. 5.
Когда процессор 13 обнаруживает на этапе S1 прохождение широковещательного сигнала на включение осветительных устройств через переключательный элемент 8-1 на осветительное устройство 1-1, процессор 13 затем проверяет на этапе S2, было ли питание DC от линии 12 включено через элемент 8-1 для подачи на осветительное устройство 1-1. Если не было, то питание включается на этапе S3.
На этапе S4 считывается временная отметка Ts момента прохождения широковещательного сигнала через сетевой коммутатор, и процесс таймера, исполняемый процессором 13, устанавливается для исполнения до времени Tmax=Ts+Δ, где Δ - максимальный период, который система будет ожидать последовательных сигналов ʺудерживать активнымʺ от осветительного устройства 1-1. Установка параметров таймера выполняется на этапе S5.
Таймер проверяется процессором 13, чтобы выяснить, превышен ли лимит времени, на этапе S6 до приема какого-либо последовательного сигнала ʺудерживать активнымʺ от осветительного устройства 1-1 через элемент 8-1. Если превышение лимита времени имеет место, питание DC выключается в переключательном элементе 8-1 для осветительного устройства 1-1 на этапе S7. Если сигнал ʺудерживать активнымʺ принимается до истечения лимита времени, процесс возвращается на этап S4, чтобы установить временную отметку, когда сигнал ʺудерживать активнымʺ принимается в переключательном элементе 8-1. Новый таймер устанавливается на этапе S5, где значение таймера устанавливается в Tmax=Ts+Δ. Сигналы ʺудерживать активнымʺ будут выдаваться последовательно в течение периода, меньшего, чем предварительно установленный период Δ, пока не будет принят от сети 6 сигнал на выключение, который заставляет осветительное устройство 1-1 выключаться, так что процессор 17 прекращает выдавать сигналы запроса питания ʺудерживать активнымʺ, после чего таймер блокируется по времени, как обнаруживается на этапе S6, и питание DC на провода 20 выключается на этапе S7, чтобы экономить питание.
Будет замечено, что в этом первом сценарии PoE коммутаторы 5, 5' пропускают широковещательные сообщения ʺвключениеʺ и ʺвыключениеʺ от коммутаторов 3, 4, без необходимости считывать их адреса назначения и поэтому не требуется выполнение подготовки к работе переключательных элементов 8, 8'.
Во втором сценарии датчики 3-1, 3-2 управляют только осветительными устройствами, связанными с PoE коммутатором 5, то есть осветительными устройствами 1-1…, 1-6. Подобным образом коммутаторы 4-1, 4-2 управляют только осветительными устройствами, связанными с PoE коммутатором 5'. Работа PoE коммутатора 5 теперь будет описана, и будет понятно, что PoE коммутатор 5' работает подобным образом. Во втором сценарии процесс подготовки выполняется первоначально, чтобы связать датчики 3-1, 3-2 с осветительными устройствами 1-1…, 1-6. Однако, PoE коммутатор 5 непосредственно не потребует подготовки, поскольку отдельным переключательным элементам 8-1…8-8 и процессору 13 необходимо реагировать только на трафик сигналов на отдельные осветительные устройства в соответствии с блок-схемой по Фиг. 5. Во втором сценарии датчики 3-1, 3-2 посылают одноадресные сообщения с отдельными адресами осветительных устройств-получателей 1-1…, 1-6, включенными в заголовок 22 дейтаграммы, показанной на Фиг. 3.
Преимущество описанной сети освещения состоит в том, что PoE коммутаторы могут быть реализованы путем модификации встроенного микропрограммного обеспечения обычного PoE коммутатора, чтобы включить описанную программу управления питанием в его память процессора. Кроме того, отсутствует требование к подготовке к работе PoE коммутаторов в качестве части начального процесса подготовки сети.
Следует понимать, что термин ʺсодержащийʺ не исключает другие элементы или этапы, и что используемая форма единственного числа не исключает множественного. Одиночный процессор может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может использоваться выгодным образом. Любые ссылочные знаки в формуле изобретения не следует рассматривать ограничивающими объем формулы изобретения.
Хотя формула изобретения была составлена в этой заявке для конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что объем раскрытия настоящего изобретения также включает в себя любые новые признаки или любые новые комбинации признаков, раскрытых в документе либо явно, либо неявно, или любое обобщение таковых, относится ли это к тому же изобретению, как в настоящем заявлено в каком-либо пункте формулы изобретения, устраняет ли это какие-либо или все из тех же технических проблем, что и родовое изобретение. Заявители тем самым уведомляют, что новые пункты могут быть сформулированы для таких признаков и/или комбинаций признаков в течение рассмотрения настоящей заявки или любой последующей заявки, полученной на ее основе.
Другие модификации и изменения, попадающие в рамки объема формулы изобретения ниже в документе, будут очевидны специалистам в данной области техники.