淺談智能照明控制系統(tǒng)的設計及應用

劉細鳳
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

【摘要】隨著民經(jīng)濟的發(fā)展和時代的進步，人們對日常的工作、生活環(huán)境提出了更高層次的要求，與人們工作和生活息息相關的照明系統(tǒng)也隨之超越了傳統(tǒng)意義上單純的照明功能，而更加強調其智能化、舒適性和節(jié)能效果，因此智能照明控制系統(tǒng)被提出并得到廣泛應用?；诖宋恼聫慕榻B智能照明控制系統(tǒng)的結構組成和功能入手，對智能照明系統(tǒng)應用進行了論述。
【關鍵詞】智能照明；控制系統(tǒng)；應用；節(jié)能

0 引言
  在我建筑物照明設施所消耗的電能在其總電能消耗中占著不容忽視的比重，尤其是在當前能源供應緊張的大背景下，提高建筑物照明設施的能效水平無疑將在很大程度上降低照明能耗，為緩解家能源供應壓力提供有效的途徑。因而針對實際情況，家對照明節(jié)能設計提出了新的要求，即要在滿足不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質量的前提下，充分利用有效手段以達到節(jié)能降耗的目的。而智能照明控制系統(tǒng)正是照明設施節(jié)能措施中的佼jiao者，它的提出在為人們提供舒適、便捷和的照明環(huán)境的同時大大提升了照明系統(tǒng)的節(jié)能效果。

1 智能照明控制系統(tǒng)概述
  智能照明控制系統(tǒng)以計算機控制平臺為核心，利用模塊化、數(shù)字化和分布式的總線實現(xiàn)了照明、調光和場景控制的智能化，其處理器和各控制模塊之間通過網(wǎng)絡總線建立實時通信，使其可以根據(jù)外界環(huán)境的變化自動控制總線中的設備狀態(tài)，達到人性化的節(jié)能照明效果，并且具備定的可擴展功能，可以在不新增設備或鋪設電纜的情況下，通過計算機編程的方式新增或修改系統(tǒng)功能。
  1.1 系統(tǒng)基本組成
  智能照明控制系統(tǒng)在結構上由調光模塊、輸入模塊、開關模塊、控制面板、人機界面、智能傳感器、PC 接口、時間模塊等部分構成。其中的調光模塊以微處理器(CPU)為核心，由其控制可控硅的開啟
角來調節(jié)輸出電壓平均幅值的大小，從而實現(xiàn)對光源亮度的調節(jié)；輸入模塊接受無源節(jié)點信號，并通過總線將該信號發(fā)送給CPU；開關模塊主要由繼電器構成，其作為控制電源的開關實現(xiàn)對光源的控制；控制面板給使用者提供直觀的操作界面，供其直觀操作控制燈光場景，并且可以通過在控制面板上進行編程而完成各種不同的控制功能，控制面板將不同的輸入鍵符信號發(fā)送給微處理器，處理器在識別輸入鍵符后經(jīng)過處理再發(fā)出控制信號，對調光模塊或開關模塊實施控制，從而達到控制光源狀態(tài)的目的；智能傳感器主要分為照度探測、存在探測和移動探測傳感器等，主要用于對光源所處環(huán)境或條件變化的監(jiān)測；時間管理模塊與控制系統(tǒng)總線上的設備互相協(xié)調配合，完成各種自動化任務和時間控制任務。
  1.2 系統(tǒng)監(jiān)控功能
  智能照明控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能主要有控制、開關控制、調光控制、定時時鐘控制、天文時間控制、場景控制、遙控、存在或移動控制、遠程控制等?？刂苿t是利用處理器及系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)中所有開關、調光、燈光狀態(tài)的監(jiān)測與控制管理；開關控制實現(xiàn)了在站和就地控制兩種方式下對燈光的開啟和關閉的控制；調光控制即對燈光照度從至的控制，控制方式上同樣有站和就地控制兩種方式；定時控制顧名思義就是按照預先設定的時間對燈光的開啟與關閉的控制；天文時鐘控制即以輸入的當?shù)亟?jīng)緯度為依據(jù)，系統(tǒng)自動計算當天的天黑時間，并以此為依據(jù)對照明場景進行控制；場景控制是對燈光的開啟、關閉和調光的聯(lián)合控制；遙控功能是通過手持遙控器對設置有紅外控制面板的光源進行相關控制；存在或移動控制是通過存在探測傳感器或移動探測傳感器返回的探測數(shù)據(jù)，按照預先設定的參數(shù)對光源實施相應控制；遠程控制是通過Intemet對系統(tǒng)實施遠程監(jiān)控，監(jiān)控內容包括對系統(tǒng)中照明參數(shù)的設置與修改，對系統(tǒng)場景照明狀態(tài)的建設和對系統(tǒng)場景照明狀態(tài)的控制等。

2 智能照明控制系統(tǒng)應用實例分析
  以某商務辦公樓中智能照明系統(tǒng)的應用為例，簡單介紹智能照明系統(tǒng)在建筑物中的應用情況。
  2.1 大面積辦公場所
  針對商務辦公樓各層大面積的辦公場所，設置單獨控制、總控室控制、定時控制、照度控制和紅外感應控制等功能。照明系統(tǒng)管理人員可以在總控室內方便的利用管理軟件或開關面板同時打開或關閉特定區(qū)域內的所有照明光源，同時也能夠針對某個光源或某條照明回路進行單獨控制。在辦公場所的窗戶附近設置照度探測傳感器，系統(tǒng)通過傳感器檢測窗戶浸入的自然光照度，通過對返回數(shù)據(jù)進行處理并與預先設定參數(shù)進行對比實現(xiàn)日照自動補償，如果當?shù)貫殛幪旎蛞鼓唤蹬R時，燈光將以特定的照度自動開啟，如果室外為大晴天，陽光充裕，系統(tǒng)將自動關閉照明燈。
  2.2 走廊、樓道和電梯間
  系統(tǒng)通過時鐘管理模塊、存在或移動探測傳感器及職能開關的反饋信號對各光源實施節(jié)能控制，這樣可以根據(jù)需要對這些光源實施全部開啟、2/3開啟、1/3開啟、分區(qū)域開啟或全部關閉、保安xun視照明或應急照明等方式的控制，產(chǎn)生多種燈光場景，實現(xiàn)有效的節(jié)能控制，通過這種控制方式可以節(jié)約電能30%。在燈光場景的切換過程中均根據(jù)定時器設定的事件自動實施，同時也設置了手動切換功能。比如在傍晚 6：30-11：30之間，可以設定為2/3光源處于開啟狀態(tài)，ll:30之后則只保持l轅3的光源開啟以保證基本的照明，這時直處于屏蔽狀態(tài)的移動傳感器啟動，當有人移動時則開啟相應光源，以保證充分的照明。
  2.3 衛(wèi)生間
  針對衛(wèi)生間照明的特點來設置時間和人體紅外感應控制，無人進入衛(wèi)生間時系統(tǒng)開啟部分照明回路提供基本的照明，當有人進入衛(wèi)生間時，衛(wèi)生間內的感應器返回數(shù)據(jù)，處理器控制衛(wèi)生間的所有光源全部點亮，人離開后由時間控制器控制光源延時關閉，并且延時時間可重復設置。同時在衛(wèi)生間入口或清潔作業(yè)間設置操作面板，實現(xiàn)全開、全關、半亮燈手動操作模式。
  2.4 會議室
  會議室是商務辦公樓中的重要功能場所，采用智能照明控制系統(tǒng)利用各種傳感器和開關模塊預先精心設計多種燈光場景，為會議室按照不同的使用功能營造不同的燈光效果，并在會議室門口設置電子標簽面板，以供會議室管理人員按照需求手動選擇或實時控制，以滿足會議、投影、主席發(fā)言和情節(jié)等不同需求。并根據(jù)會議進程設置不同的事件響應模式，比如主席發(fā)言模式時，控制調節(jié)講話人周圍的燈光照度以突出講話人的形象，將主席臺燈光控制在其全照度的90%-1OO%之間，而聽眾所在區(qū)域的燈光照度則設置為全照度的50%-60%；而在投影模式時則關閉投影幕前的光源，只保留講解人所在區(qū)域的光源亮度的50%，并且在聽眾所在區(qū)域采用筒燈從投影幕由近及遠逐漸增加亮度，燈槽開啟50%；會議模式時所有的燈光全部開啟，且亮度保持在全亮度的90%-1OO%范圍內。

3 安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
  3.1系統(tǒng)簡介
  Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)，是基于KNX總線技術設計的控制系統(tǒng)。KNX總線技術起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術上發(fā)展起來的，其中EIB（European Installation Bus,歐洲安裝總線）是該總線技術的主體。
  Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線（即KNX總線）作為總線線纜，將所有的智能照明控制模塊連接到起并組成套完整的控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)照明燈具的遠程集中控制，又可實現(xiàn)就近控制功能。該系統(tǒng)理論可連接控制模塊數(shù)量達580000多個。
  安科瑞智能照明產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明系統(tǒng)。
  3.2系統(tǒng)工作原理示意圖

  3.3產(chǎn)品選型
  3.3.1開關驅動器
  用于對設備進行開關控制的驅動器，具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能，電氣參數(shù)如下：

  3.3.2調光驅動器
  2路0-10V調光器，可對每路進行回路開關控制并輸出 0-10V 調光信號對具有 0-10V 調光接口的燈具進行調光,具有開關、場景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：

  3.3.3傳感器
  傳感器是種能感受外界信號、物理條件（如光、移動）的設備裝置，并將感應的信息傳遞給其它設備裝置（如調光器、開關驅動器），電氣參數(shù)如下：

  3.3.4總線電源
  KNX/EIB 系統(tǒng)標準供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個設備供電，帶總線復位、 過流指示和短路保護。標準導軌安裝，電氣參數(shù)如下：

  3.3.5智能面板
  用于接受按鍵觸動信號，可通過區(qū)分短按與長按并結合不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數(shù)如下：

  3.3.6干接點輸入模塊
  用于接受外部干接點信號輸入，可通過不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數(shù)如下：

  3.4系統(tǒng)功能
  （1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測，對利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進行照明控制和調節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求；
  （2）公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類人體感應器，并結合智能控制面板，實現(xiàn)各種場景照明控制，盡可能較少燈具點亮時間；
  （3）樓梯間照明采用人體感應探測控制；
  （4）設備房、設備房走道采用分組就地控制；
  （5）室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結合時控的集中控制方式；
  （6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實時顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；
  （7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；

  3.5系統(tǒng)應用領域

  3.6系統(tǒng)的控制勢
  （1）系統(tǒng)可通過、觸摸屏、電腦對現(xiàn)場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶體驗更好；
  （2）系統(tǒng)中控制模塊均工作在直流30V電壓下，用戶操作更加、舒適；
  （3）系統(tǒng)在實施過程中，充分結合自然光及人員的活動規(guī)律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節(jié)能效果；
  （4）系統(tǒng)采用分布分布式KNX總線結構，搭建簡單靈活，系統(tǒng)內各模塊互不影響，可獨立工作，可靠性更高；
  （5）多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動感應控制，定時控制，場景控制和集中控制等，控制方式更靈活；
  （6）系統(tǒng)的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現(xiàn)自動化的同時，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
  （7）升級系統(tǒng)內控制模塊或更改系統(tǒng)功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統(tǒng)，只需更改設備參數(shù)即可實現(xiàn)，維護方便，操作簡單；
  （8）系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動，在出現(xiàn)消防報警時，強制打開應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風險，提高了建筑的性。
  3.7安科瑞組網(wǎng)方案
  智能照明控制系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，擴展方便，當系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)模塊數(shù)量較多、距離較遠、范圍較大時，用支線耦合器組成多條支路，構成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠、范圍很大時，用支線耦合器、區(qū)域耦合器等構成樓群智能照明控制系統(tǒng)。

4 結語
  智能照明控制系統(tǒng)具備的集中智能化管理模式，為人們的辦公和生活環(huán)境創(chuàng)造了更為靈活多樣、方便快捷的照明環(huán)境，系統(tǒng)在具體的工程中投入使用后，使整個建筑物的智能化管理水平大幅提升，更為重要的是智能照明管理系統(tǒng)根據(jù)實際需要調整和控制燈光的模式大大節(jié)約了電能消耗，使整個照明系統(tǒng)更加符合節(jié)能環(huán)保的要求。因此智能照明控制系統(tǒng)在未來將會有更加廣闊的應用前景。

參考文獻
［1］北京照明學會照明設計專業(yè)委員會.照明設計手冊[M].中電力出版社,2006.
［2］陳悅婷.淺談智能照明控制系統(tǒng)和應用.
［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2019.11版.

作者簡介：劉細鳳，女，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統(tǒng)的研發(fā)與應用