淺談智能照明控制系統的設計及應用

【摘要】隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，人們對日常的工作、生活環(huán)境提出了高層次的要求，與人們工作和生活息息相關(guān)的照明系統也隨之超越了傳統意義上單純的照明功能，而加強調其智能化、舒適性和節能效果，因此智能照明控制系統被提出并得到廣泛應用?；诖宋恼聫慕榻B智能照明控制系統的結構組成和功能入手，對智能照明系統應用進(jìn)行了論述。
【關(guān)鍵詞】智能照明；控制系統；應用；節能

0 引言
  在我國建筑物照明設施所消耗的電能在其總電能消耗中占著(zhù)不容忽視的比重，尤其是在當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(wú)疑將在很大程度上降低照明能耗，為緩解國家能源供應壓力提供有效的途徑。因而針對實(shí)際情況，國家對照明節能設計提出了新的要求，即要在滿(mǎn)足不降低作業(yè)面視覺(jué)要求、不降低照明質(zhì)量的提下，充分利用有效手段以達到節能降耗的目的。而智能照明控制系統，它的提出在為人們提供舒適、便捷和安全的照明環(huán)境的同時(shí)大大提升了照明系統的節能效果。

1 智能照明控制系統概述
  智能照明控制系統以計算機控制平臺為核心，利用模塊化、數字化和分布式的總線(xiàn)實(shí)現了照明、調光和場(chǎng)景控制的智能化，其中央處理器和各控制模塊之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)建立實(shí)時(shí)通信，使其可以根據外界環(huán)境的變化自動(dòng)控制總線(xiàn)中的設備狀態(tài)，達到人性化的節能照明效果，并且具備一定的可擴展功能，可以在不新增設備或鋪設電纜的情況下，通過(guò)計算機編程的方式新增或修改系統功能。
  1.1 系統基本組成
  智能照明控制系統在結構上由調光模塊、輸入模塊、開(kāi)關(guān)模塊、控制面板、人機界面、智能傳感器、PC 接口、時(shí)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(kāi)啟
角來(lái)調節輸出電壓平均幅值的大小，從而實(shí)現對光源亮度的調節；輸入模塊接受無(wú)源節點(diǎn)信號，并通過(guò)總線(xiàn)將該信號發(fā)送給CPU；開(kāi)關(guān)模塊主要由繼電器構成，其作為控制電源的開(kāi)關(guān)實(shí)現對光源的控制；控制面板給使用者提供直觀(guān)的操作界面，供其直觀(guān)操作控制燈光場(chǎng)景，并且可以通過(guò)在控制面板上進(jìn)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(guò)處理再發(fā)出控制信號，對調光模塊或開(kāi)關(guān)模塊實(shí)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(dòng)探測傳感器等，主要用于對光源所處環(huán)境或條件變化的監測；時(shí)間管理模塊與控制系統總線(xiàn)上的設備互相協(xié)調配合，完成各種自動(dòng)化任務(wù)和時(shí)間控制任務(wù)。
  1.2 系統監控功能
  智能照明控制系統的監控功能主要有中央控制、開(kāi)關(guān)控制、調光控制、定時(shí)時(shí)鐘控制、天文時(shí)間控制、場(chǎng)景控制、遙控、存在或移動(dòng)控制、遠程控制等。中央控制則是利用中央處理器及系統軟件實(shí)現對系統中所有開(kāi)關(guān)、調光、燈光狀態(tài)的監測與控制管理；開(kāi)關(guān)控制實(shí)現了在中央站和就地控制兩種方式下對燈光的開(kāi)啟和關(guān)閉的控制；調光控制即對燈光照度從零至的控制，控制方式上同樣有中央站和就地控制兩種方式；定時(shí)控制顧名思義就是按照預先設定的時(shí)間對燈光的開(kāi)啟與關(guān)閉的控制；天文時(shí)鐘控制即以輸入的當地經(jīng)緯度為依據，系統自動(dòng)計算當天的天黑時(shí)間，并以此為依據對照明場(chǎng)景進(jìn)行控制；場(chǎng)景控制是對燈光的開(kāi)啟、關(guān)閉和調光的聯(lián)合控制；遙控功能是通過(guò)手持遙控器對設置有紅外控制面板的光源進(jìn)行相關(guān)控制；存在或移動(dòng)控制是通過(guò)存在探測傳感器或移動(dòng)探測傳感器返回的探測數據，按照預先設定的參數對光源實(shí)施相應控制；遠程控制是通過(guò)Intemet對系統實(shí)施遠程監控，監控內容包括對系統中照明參數的設置與修改，對系統場(chǎng)景照明狀態(tài)的建設和對系統場(chǎng)景照明狀態(tài)的控制等。

2 智能照明控制系統應用實(shí)例分析
  以某商務(wù)辦公樓中智能照明系統的應用為例，簡(jiǎn)單介紹智能照明系統在建筑物中的應用情況。
  2.1 大面積辦公場(chǎng)所
  針對商務(wù)辦公樓各層大面積的辦公場(chǎng)所，設置單獨控制、總控室控制、定時(shí)控制、照度控制和紅外感應控制等功能。照明系統管理人員可以在總控室內方便的利用管理軟件或開(kāi)關(guān)面板同時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉特定區域內的所有照明光源，同時(shí)也能夠針對某個(gè)光源或某條照明回路進(jìn)行單獨控制。在辦公場(chǎng)所的窗戶(hù)附近設置照度探測傳感器，系統通過(guò)傳感器檢測窗戶(hù)浸入的自然光照度，通過(guò)對返回數據進(jìn)行處理并與預先設定參數進(jìn)行對比實(shí)現日照自動(dòng)補償，如果當地為陰天或夜幕降臨時(shí)，燈光將以特定的照度自動(dòng)開(kāi)啟，如果室外為大晴天，陽(yáng)光充裕，系統將自動(dòng)關(guān)閉照明燈。
  2.2 走廊、樓道和電梯間
  系統通過(guò)時(shí)鐘管理模塊、存在或移動(dòng)探測傳感器及職能開(kāi)關(guān)的反饋信號對各光源實(shí)施節能控制，這樣可以根據需要對這些光源實(shí)施全部開(kāi)啟、2/3開(kāi)啟、1/3開(kāi)啟、分區域開(kāi)啟或全部關(guān)閉、保安照明或應急照明等方式的控制，產(chǎn)生多種燈光場(chǎng)景，實(shí)現有效的節能控制，通過(guò)這種控制方式可以節約電能30%。在燈光場(chǎng)景的切換過(guò)程中均根據定時(shí)器設定的事件自動(dòng)實(shí)施，同時(shí)也設置了手動(dòng)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(kāi)啟狀態(tài)，ll:30之后則只保持l轅3的光源開(kāi)啟以保證基本的照明，這時(shí)一直處于屏蔽狀態(tài)的移動(dòng)傳感器啟動(dòng)，當有人移動(dòng)時(shí)則開(kāi)啟相應光源，以保證充分的照明。
  2.3 衛生間
  針對衛生間照明的特點(diǎn)來(lái)設置時(shí)間和人體紅外感應控制，無(wú)人進(jìn)入衛生間時(shí)系統開(kāi)啟部分照明回路提供基本的照明，當有人進(jìn)入衛生間時(shí)，衛生間內的感應器返回數據，處理器控制衛生間的所有光源全部點(diǎn)亮，人離開(kāi)后由時(shí)間控制器控制光源延時(shí)關(guān)閉，并且延時(shí)時(shí)間可重復設置。同時(shí)在衛生間入口或清潔作業(yè)間設置操作面板，實(shí)現全開(kāi)、全關(guān)、半亮燈手動(dòng)操作模式。
  2.4 會(huì )議室
  會(huì )議室是商務(wù)辦公樓中的重要功能場(chǎng)所，采用智能照明控制系統利用各種傳感器和開(kāi)關(guān)模塊預先精心設計多種燈光場(chǎng)景，為會(huì )議室按照不同的使用功能營(yíng)造不同的燈光效果，并在會(huì )議室門(mén)口設置電子標簽面板，以供會(huì )議室管理人員按照需求手動(dòng)選擇或實(shí)時(shí)控制，以滿(mǎn)足會(huì )議、投影、主席發(fā)言和情節等不同需求。并根據會(huì )議進(jìn)程設置不同的事件響應模式，比如主席發(fā)言模式時(shí)，控制調節講話(huà)人周?chē)臒艄庹斩纫酝怀鲋v話(huà)人的形象，將主席臺燈光控制在其全照度的90%-之間，而聽(tīng)眾所在區域的燈光照度則設置為全照度的50%-60%；而在投影模式時(shí)則關(guān)閉投影幕的光源，只保留講解人所在區域的光源亮度的50%，并且在聽(tīng)眾所在區域采用筒燈從投影幕由近及遠逐漸增加亮度，燈槽開(kāi)啟50%；會(huì )議模式時(shí)所有的燈光全部開(kāi)啟，且亮度保持在全亮度的90%-范圍內。

3 安科瑞智能照明控制系統
  3.1系統簡(jiǎn)介
  Acrel-BUS智能照明控制系統，是基于KNX總線(xiàn)技術(shù)設計的控制系統。KNX總線(xiàn)技術(shù)起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線(xiàn)控制技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，其中EIB（European Installation Bus,歐洲安裝總線(xiàn)）是該總線(xiàn)技術(shù)的主體。
  Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線(xiàn)（即KNX總線(xiàn)）作為總線(xiàn)線(xiàn)纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統，既可實(shí)現照明燈具的遠程集中控制，又可實(shí)現就近控制功能。該系統理論可連接控制模塊數量達580000多個(gè)。
  安科瑞智能照明產(chǎn)品種類(lèi)齊全，方案完善。用戶(hù)可通過(guò)控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實(shí)現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明系統。
  3.2系統工作原理示意圖

  3.3產(chǎn)品選型
  3.3.1開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器
  用于對設備進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的驅動(dòng)器，具有延時(shí)、預設、邏輯控制、場(chǎng)景、閾值開(kāi)關(guān)等功能，電氣參數如下：

  3.3.2調光驅動(dòng)器
  2路0-10V調光器，可對每路進(jìn)行回路開(kāi)關(guān)控制并輸出 0-10V 調光信號對具有 0-10V 調光接口的燈具進(jìn)行調光,具有開(kāi)關(guān)、場(chǎng)景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數如下：

  3.3.3傳感器
  傳感器是一種能感受外界信號、物理條件（如光、移動(dòng)）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(kāi)關(guān)驅動(dòng)器），電氣參數如下：

  3.3.4總線(xiàn)電源
  KNX/EIB 系統標準供電電源，為總線(xiàn)提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個(gè)設備供電，帶總線(xiàn)復位、 過(guò)流指示和短路保護。標準導軌安裝，電氣參數如下：

  3.3.5智能面板
  用于接受按鍵觸動(dòng)信號，可通過(guò)區分短按與長(cháng)按并結合不同參數配置實(shí)現開(kāi)關(guān)、調光、場(chǎng)景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：

  3.3.6干接點(diǎn)輸入模塊
  用于接受外部干接點(diǎn)信號輸入，可通過(guò)不同參數配置實(shí)現開(kāi)關(guān)、調光、場(chǎng)景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：

  3.4系統功能
  （1）光照度（需要配照度傳感器）監測，對利用自然光照明區域，根據自然光照度變化，進(jìn)行照明控制和調節，滿(mǎn)足照明和節能要求；
  （2）公共區域、走廊、通道、門(mén)廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類(lèi)人體感應器，并結合智能控制面板，實(shí)現各種場(chǎng)景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮時(shí)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(guān)等照明采用光照度控制結合時(shí)控的集中控制方式；
  （6）監控系統界面友好，畫(huà)面美觀(guān),實(shí)時(shí)顯示各區照明工作狀態(tài)；
  （7）應具有完善的用戶(hù)權限管理功能，避免越權操作；

  3.5系統應用領(lǐng)域

  3.6系統的控制勢
  （1）系統可通過(guò)、觸摸屏、電腦對現場(chǎng)的燈光、空調及窗簾等進(jìn)行遠程集中控制，使得控制加方便智能，用戶(hù)體驗好；
  （2）系統中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下，用戶(hù)操作加安全、舒適；
  （3）系統在實(shí)施過(guò)程中，充分結合自然光及人員的活動(dòng)規律來(lái)自動(dòng)控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節能效果；
  （4）系統采用分布分布式KNX總線(xiàn)結構，搭建簡(jiǎn)單靈活，系統內各模塊互不影響，可獨立工作，可靠性高；
  （5）多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動(dòng)感應控制，定時(shí)控制，場(chǎng)景控制和集中控制等，控制方式靈活；
  （6）系統的自動(dòng)控制、遠程集中控制等功能，在實(shí)現自動(dòng)化的同時(shí)，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
  （7）升級系統內控制模塊或改系統功能時(shí)，無(wú)需增加連接線(xiàn)，不需關(guān)閉整個(gè)系統，只需改設備參數即可實(shí)現，維護方便，操作簡(jiǎn)單；
  （8）系統可與消防系統聯(lián)動(dòng)，在出現消防報警時(shí)，強制打開(kāi)應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風(fēng)險，提高了建筑的安全性。
  3.7安科瑞組網(wǎng)方案
  智能照明控制系統組網(wǎng)方式靈活，擴展方便，當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時(shí)，各設備以樹(shù)形枝狀延伸，構成支路系統智能照明控制系統；當系統模塊數量較多、距離較遠、范圍較大時(shí)，用支線(xiàn)耦合器組成多條支路，構成區域智能照明控制系統；當系統模塊數量很多、距離很遠、范圍很大時(shí)，用支線(xiàn)耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。

4 結語(yǔ)
  智能照明控制系統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 )造了為靈活多樣、方便快捷的照明環(huán)境，系統在具體的工程中投入使用后，使整個(gè)建筑物的智能化管理水平大幅提升，為重要的是智能照明管理系統根據實(shí)際需要調整和控制燈光的模式大大節約了電能消耗，使整個(gè)照明系統加符合節能環(huán)保的要求。因此智能照明控制系統在未來(lái)將會(huì )有加廣闊的應用景。

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