关于智能照明控制探讨

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  一、引言
  国务院近日全文印发《节能减排“十二五”规划》(以下简称《规划》),其中明确了节能减排领域的十大重点工程。绿色照明作为节能减排“十二五”规划的重要内容之一。实施“中国逐步淘汰白炽灯路线图”,分阶段淘汰普通照明用白炽灯等低效照明产品。推动白炽灯生产企业转型改造,支持荧光灯生产企业实施低汞、固汞技术改造。积极发展半导体照明节能产业,加快半导体照明关键设备、核心材料和共性关键技术研发,支持技术成熟的半导体通用照明产品在宾馆、商厦、道路、隧道、机场等领域的应用。推动标准检测平台建设。加快城市道路照明系统改造,控制过度装饰和亮化。
  可见,在建筑界已经引入了“绿色”照明的概念,其中心思想是最大限度采用自然光源、设置时钟自动控制、采用照度感应等新技术。智能照明控制系统作为实现照明节能的重要手段在建筑节能中有着不可替代的作用,其基本原理是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内光亮度或该区域的用途来自动控制照明,起到对灯光节能控制、自由进行灯光多种形式的组合,使建筑实现节能的同时变得绚丽多姿。
  本文以韩国“爱瑟菲(Avocent)”智能照明系统为例,介绍智能照明控制系统在建筑节能设计上的应用情况。
  二、智能照明系统与传统照明系统的比较
  2.1、线路系统比较
  1) 单控电路系统比较
  传统照明单控电路特点:
  控制开关直接接在负载回路中;
  当负载较大时,需相应增大控制开关的容量;
  当开关离负载较远时,大截面电缆用量增加;
  采用传统照明单控电路只能实现简单的开关功能。
  总线式智能照明系统单控电路特点:
  负载回路连接到输出单元的输出端,控制开关用EIB总线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量,控制开关不受影响;
  开关距离较远时,只须加长控制总线的长度,节省大截面电缆用量;
  可通过软件设置多种功能(开/关、调光、定时等)。
  2) 双控电路系统比较
  传统照明双控电路特点:
  实现双控时用两个单刀双置开关,开关之间连接照明电缆;
  进行多点控制时开关之间的电缆连线增多,使线路安装变得非常复杂,工程施工难度增大。
  总线式智能照明系统双控电路特点:
  实现双控时只需简单地在控制总线上并联多一个开关;
  进行多点控制时,依次并联多个开关,开关之间仅用一条总线连接,线路安装简单、省事。
  2.2、控制方式比较。
  1) 传统控制采用手动开关,必须一路一路地开或关;
  2) 智能照明控制采用低压2次小信号控制,控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高,通过实现场景的预设置和记忆功能,操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景,各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。
  2.3、照明方式比较。
  1) 传统控制方式单一,只有开和关;
  2) 智能照明控制系统采用“调光模块”,通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果,营造出不同的舒适氛围。
  三、智能照明控制系统描述
  3.1 系统功能
  (1)智能照明控制系统是全数字、模块化、分布式总线型控制系统,将控制功能分散给各功能模块。中央处理器、模块之间通过网络总线直接通信,可靠性高,控制灵活。
  (2)系统根据某一区域的功能、每天不同时间的不同用途和室外光亮度自动调节照明。进行场景预设,由楼宇自控系统或分控制器通过调光模块、调光器自动调用。
  (3)照明控制系统分为独立子网式系统,特定于房间或大型的联网系统。
  (4)联网系统具有标准的串行端口,可以较容易地集成到楼宇自控系统的中央控制器,或与其他控制系统组网。
  3.2 系统组成
  系统由调光模块、开关模块、控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、PC接口、监控计算机(大型网络需线路耦合器连接)、时钟管理器等部件组成。所有单元器件(除电源外)均内置微处理器和存储单元,由信号线(双绞线或光纤等)连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址,并使用软件设定其功能,通过输出单元控制各照明回路负载。
  3.3 控制方式
  智能照明常用的控制方式有场景控制、定时控制、天文时钟、光感探头控制、就地控制、远程控制、应急处理等,其主要功能及应用场所如下:
  (1)场景控制。用户预设多种场景,按动一个按键,即可调用需要的场景,多功能厅、会议室、体育场馆、博物馆、美术馆、高级住宅等场所采用该控制方式。
  (2)定时控制。根据预先设定的时间,触发相应的场景,使灯光打开或关闭,应用于地下车库等大面积场所。
  (3)天文时钟。输人当地的经、纬度,系统自动推算出当天的日出、日落时间,根据这个时间来控制照明场景的开关,特别适用于夜景照明、道路照明。
  (4)光感探头控制。根据光感探头探测到的照度,控制照明场所相关灯具的打开或关闭,常应用在写字楼、图书馆等场所。靠近外窗的灯具可采用光感探头,根据天然光的亮度进行开/关,以节约用电。
  (5)远程控制。通过互联网对照明控制系统进行远程监控,可对系统中的各个照明控制箱的照明参数进行设定、修改,对照明状态进行监视、控制。
  (6)应急处理。在接收到安保系统、消防系统的警报后,能自动将指定区域照明全部打开。
  四、案例分析
  某综合大楼的总建筑面积约为50396平方米,主要由地下2层及地上28层组成,其中地下2层至地上6层主要为停车库,地上7层及以上主要为诊室、实验室、校史展览、会议室、饭堂、办公等区域。该建筑内各功能空间面积较大,对照明控制的要求比较复杂。考虑到该工程的主体建筑、结构、设备专业施工与后期装潢设计均要同时进行,因此,在前期的设计过程中,选用的照明系统必须具有足够的灵活性。为此系统采用EIB总线对系统进行连接,主要由管理工作站、总线耦合器(网关)、电源模块、时间控制模块、开关模块、调光模块、智能控制面板、照度传感器等组成。   照明控制系统为分布式控制,模块化结构,可靠性高。任何控制模块均内置CPU,每个输入模块(场景开关)都可直接与输出模块(、输出继电器)通讯(发送指令 → 接受指令 → 执行指令),避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点
  4.1、系统控制点表
  4.2 、系统结构设计
  系统结构如下图所示:
  管理计算机:系统在控制中心各配置1台智能照明管理计算机进行楼栋的智能照明的管理,计算机采用“联想”的启天M7151F型工作站,工作站配置1套“爱瑟菲”的“ASF.SW30500”型控制管理软件和“ASF.CP.2”网关,通过网关,工作站与各前端模块及设备采用485总线进行连接,实现对智能照明系统的监视及控制。
  “ASF.CP.4”总线耦合器(网关):现场总线和以太网的接口功能,具有4个总线接口,总线工作状态指示,包括总线电压、短路报警等。耦合器上联通过TCP/IP的局域网连接至管理上位机,下联通过485总线连接到前端控制器、控制面板等设备。线路藕合器可以也可以作为支线藕合器使用,也可作为藕合器或支线复用器使用.作为支线藕合器使用时,它可将支线连接至主线,作为区域藕合器使用时,它可将主线连接至干线。
  电源模块:为了给所有前端各种开关模块,控制面板、照度开关的供电,系统配置电源模块,电源模块选用爱瑟菲“ASF.PW.24V”型电源模块。
  时间控制模块:系统为了实现各种时间场景的应用,系统配置爱瑟菲“ASF.TM.8”的时间模块。
  开关模块:根据前端每个控制箱内的电源回路数量分别配置不同数量的4路、6路、8路的电源继电器模块,具体选型为:4路开关模块选用爱瑟菲“ASF.RL.4.16A”型模块、6路开关模块选用爱瑟菲的“ASF.RL.6.16A”型模块、8路开关模块选用爱瑟菲的“ASF.RL.8.16A”型模块。
  调光模块:选用4路荧光灯调光模块,调光模块选用爱瑟菲的“ASF.FL.4”型模块
  智能控制面板:为了现场对灯光不同场合的控制,系统在相应区域配置控制面板,控制面板选用爱瑟菲“ASF.IP.4”型智能面板,管理方便,主控站可对任意可编程现场控制面板通过场景命令开启或禁止使用
  照度传感器:选用爱瑟菲“ASF.IP.4”型照度感应器,照度传感器本身和总线耦合器(多功能输入模块)分离。
  4.3、系统控制策略
  4.3.1、公共区域照明
  公共区域照明包括大堂、走廊、电梯间等地方。
  1)大堂
  大堂可以采用时钟控制及照度传感器控制。可以根据外界自然光来控制靠窗口的回路照明,当天气阴沉或夜幕降临及照度不足时,系统打开对应照明回路。使室内保持最佳的亮度。
  同时在大堂服务台处配置控制面板,可根据需要手动控制就地灯具的开关。通过回路搭配方式对走道照明设置为白天模式、上班模式、下班模式及晚上模式等,同时根据实际使用用途设置为一般模式、省电模式和全开模式。在主控室做集中管理与监控,达到节省用电成本又可以达到最佳的控制效果。
  2)公共通道和电梯厅
  走廊采用定时控制,分时段进行定时。白天我们可以根据外界自然光来控制靠窗口的回路照明,晚上系统自动开启红外传感器,实现人来灯亮人走灯灭的节能效果。
  在中医院研修楼公共走道采用定时控制和红外感应控制方式。在白天期间采用定时控制,在晚上的时候启动红外移动控制方式,人来开灯,人离开后灯延时关闭
  4.3.2、车库照明设计
  在车库入口管理处应安装可编程开关,用于车库灯光照明的手动控制。平时在系统中央控制主机的作用下,车库照明处于自动控制状态。车辆进出繁忙时,车库照明处于全开状态。白天,由于有日光,可适当降低照度,节省能耗。车辆较少时只开车道灯,如需观察车辆,可就地开启局部照明,经延时后关闭。
  控制方式:
  中央控制(在主控中心对所有照明回路进行监控,通过电脑操作界面控制灯的开关)
  定时控制(季节、清晨、进出高峰、上午、中午、下午、傍晚、夜晚、深夜、节假日等模式)
  隔灯控制(利用隔灯的方式区分照明回路,实现1/3、2/3、3/3照度控制)
  现场可编程开关控制(通过编程的方式确定每个开关按键所控制的回路,单键可控制单个回路、多个回路)
  4.3.3、室外园林景观照明设计
  在公共区域的照明是最能体现智能照明的节能特点,在没有使用到智能照明时,当没人经过的时候灯还依然亮着,这就大大浪费了电能。智能照明系统可以设置1/2,1/3场景,根据现场情况自由切换。也可以设置时间控制,在白天的时候,室外日光充足,这时可以关闭全部照明,在傍晚的时候,室外日光逐渐降低,需要开启1/2或1/3场景模式,等到深夜的时候,人流量非常小,又可回到1/3场景模式。这样最大限度的节约了能源。
  控制方式:
  中央控制(在主控中心对所有照明回路进行监控,通过电脑操作界面控制灯的开关)
  定时控制(季节、清晨、白天、黄昏、夜晚、深夜、节假日等模式)
  隔灯控制(利用隔灯的方式区分照明回路,实现1/3、2/3、3/3照度控制)
  现场可编程开关控制(通过编程的方式确定每个开关按键所控制的回路,单键可控制单个回路、多个回路)
  4.3.4、系统功能
  1. 根据季节、作息时间、照度变化等对照明系统进行人性化管理。
  2.设置现场智能开关,通过工作人员可在现场控制灯光。并可实现各区域独立的自动化控制。并可设定密码保护功能,避免无关人员操作。
  3.发生火灾时,自动启动应急照明,强制关闭所有一般照明回路。系统可锁定事故照明仅在消防中心的计算机控制而禁止在本系统的监控计算机及现场控制面板控制;也可以解锁、开禁。
  4.中控触摸屏和现场智能开关上均可进行场景控制,分为全开模式、清扫模式、特殊模式等。如:清扫模式,使用时只须选择相应的场景按键,灯光会自动按照设定好的方式打开相应区域的照明回路。
  5.系统的网络扩展性相当强,对于大区域的控制场地,根据现场情况,系统可以组成足够小的网络,通过以太网接口就近接入光纤网络,进行高速通讯和控制。
  五、结语
  智能照明控制系统利用一条双绞线代替传统种类繁多的普通电缆,使照明、场景控制实现智能化,并依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态,达到安全、节能、人性化的效果,通过进一步减少建筑照明的能耗从而达到提高建筑节能效率的目的。同时还可以根据用户的要求增加或修改系统的功能,而无须重新铺设电缆,同时未来的电气安装系统将吸取目前各类总线制智能安装系统的优点,通过更多地向楼宇自控、安全防范等其他系统相互渗透、相互融合,并以其更好的灵活性、易用性、可靠性、安全性,成为标准化、人性化、分散化、网络化的多功能网络集成式全分布控制系统。
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