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智能照明控制系统在民用照明节能中的应用
更新时间：2022-12-12点击次数：1165次
智能照明控制系统在民用照明节能中的应用
任运业
安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定 201801
摘 要 ：通过智能照明控制系统在某宾馆电气工程中的应用实例，从照明控制的系统结构、设计及系统软件等方面，介绍了智能照明控制系统的功能及实现方式。探讨了智能照明控制系统在民用建筑中的适用范围和发展前景，并由此进一步推断智能照明控制系统在照明节能管理上的发展趋势。
关键词 ：民用建筑；照明节能 ；智能照明控制系统；总线
0 引 言
目前，我国照明所消耗的电能约占电力总消耗量的 1／6。提高照明系统的能效水平无疑将较大幅度降低照明能耗 ，有效缓解电力供应紧张的局面。
国家建设部对照明节能设计的要求就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，利用电能、太阳能等能源，力求减少照明系统中的能耗损失。采用智能照明控制系统能够有效地对照明进行控制，节约电能。本文以某高级宾馆为应用实例，介绍智能照明控制系统的具体应用和功能。
1 智能照明控制系统
1．1 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 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。
1．2 应用范围
智能照明控制系统可对白炽灯、荧光灯等多种光源进行调光 ，对各种场合的灯光进行控制，满足各种环境对照明控制的要求。
1．3 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。每个单元均设置惟一的单元地址，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。
1．4 数据传输方式
照明控制系统数据传输方式在国际上尚无统一的标准。 目前主要有光纤传输方式 、双 绞线传输方式、电力载波传输方式和无线射频传输方式等。
1．5 控制方式
智能照明常用的控制方式有场景控制、群组组合控制、定时控制、天文时钟、光感探头控制、就地控制、远程控制、图示化监控、应急处理、日程计划安排等。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)群组组合控制。可设定一个按键，对多个配电箱(跨区)中的照明回路进行开光控制，即一键可控制整个场所的照明开关。
(3)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。
(4)天文时钟。输入当地的经、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。
(5)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。
(6)就地控制。一般情况下，控制过程自动进行。在某些情况下，可使用控制面板来强制调用需要的照明场景模式。
(7)远程控制。通过互联网 (Internet)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。
(8)图示化监控。用户可以使用电子地图功能，对整个控制区域的照明进行直观的控制。可将整个建筑的平面图输入系统中，并用各种不同的颜色来表示该区域当前的状态。
(9)应急处理。在接收到安保系统、消防系统的警报后，能自动将某一区域照明全部打开。
(10)日程计划安排。可设定每天不同时间段的照明场景状态，并将场景调用情况进行记录、打印输出，方便管理。
2 应用案例
某五星级宾馆是拥有459间自然客房数的高档酒店。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，选用的照明系统具有足够的灵活性。本工 程采用了符合EIB国际总线标准的智能照明控制I-Bus系统，对宾馆内大堂、会议厅、总统套房、各层公共走道照明部分进行智能照明控制，有效地节约了能源，同时提高了管理人员 的控制效率及工作人员的工作效率，控制方式方便、灵活，并且易于修改、操作、维护。
2．1 系统特点
(1)整个系统只有一条数据通信线，没有大量的电缆附设和繁杂的控制设计。
(2)系统采用模块化结构，每个模块均带有微处理器，可自主工作，无主从关系，也无系统主机。即使其中有一个模块发生故障，也不会影响整个系统的运行。同时，可在运行中进行软件更新或重新设定功能，不影响整个系统的使用。
(3)控制模块安装在标准照明箱中，模块尺寸为标准模数化尺寸，可与微型断路器安装在一起，无需专用控制箱。
(4)现场控制面板采用24V安全低电压供电方式，安全可靠、操作方便。
(5)功能修改、控制修改方便灵活，只需做小的程序调整，无须现场重新布线。通过人体感应，气象感应，时钟、光线控制，自动运行到较好状态，节约能源、方便管理。
(6)所有现场控制面板及人体感应器均采用标准86盒安装方式，施工简单。不同的面板可随时互换，控制更方便，可实现就地控制。
(7)现场控制用 Triton系列面板可现场记忆场景，随时对场景控制效果进行调整。体积很小的模块可直接带最大至20A的负载，无需使用继电器。
2．2 系统硬件组成
该工程中智能照明用智能开关控制，所采用的总线元件均为模块式元件。驱动器中开／关控制常用元件为 AT／SX．Y．Z和 SA／SX．Y．ZS，其中x代表该元件控制回路数量；Y代表触点容量，表明该回路能承受的最大电流；Z代表该元件版本号；后缀S表示回路具有 电流检测功能，适合大空间照明系统。窗帘、卷帘、幕布驱动元件为 JA／SX．X．X，第一个 x代表回路数量，第二个x代表电机电压等级，第三个 x代表该元件版本号。调光控制常用元件分为荧光灯调光和非荧光灯调光。开关模块可对大楼内的各种灯具和风机盘管、通风设备、加热／制冷设备进行开关控制。传感器则根据控制要求及建筑平面图配置传感器元件，如 Triton系列面板、温度控制器、人体感应器。
中央控制站通过 EIB总线与照明控制器之间直接进行通信，传输速率为 9600b／s。中央控制中心装有电话开关TG／S3．1，如需要可实现电话网络远程控制。通过中央计算机的编程设置，可对任何回路进行开关控制。可设置20个组地址作回路监控，各回路状态通过 LCD显示。在必要时，可通过电话开关输出设备故障报警、状态信号。设置 3个不同的拨出电话，在必要时给维修人员拨出电话，在拨出号码的同时，元件也可以输出报警触点信号。也可通过拨人电话输入操作命令开关，设定回路灯。光线感测器 HS／S3．1到达设定的照度值时向EIB总线发出开／关或调光的通信信号，照度阈值分别可调 1～100lx或者100～20000lx。周编程时间开关SW／S2．5按照设定的时间发送开／关信号，2组输出，每组可分别设定 24个时刻。
此外，还有为系统总线提供电源的电源供应器 (SV／S30．640)，以及 LK／S4．1线路耦合器。系统总线采用 EIB专用电缆等。
2．3 系统软件
在大楼一层消防监控室内，设一台智能照明中央监控计算机，其中安装WinSwitch监控软件、ETS2．0编程软件。操作人员可以在中文图形化显示的界面上进行监控和操作，监视整个智能照明系统的运行状态。
2．4 系统拓扑
(1)该系统由7根支线构成，通过 RS一232接口与中控室监控系统连接。中控室监控系统可监视和控制整个大楼照明环境设备，并通过EIB网关与其他系统连接。
(2)地下二层和地下一层的各个照明箱及现场面板开关通过I-Bus总线电缆连接成支线 1，并在支线 1上配备一个电源供应器SV／S30．640．5。
(3)1F～3F中各楼层照明配 电箱和景观照明配电箱及现场面板开关通过I-Bus总线电缆连接成支线2，并在支线2上配备一个电源供应器SV／S30．640．5。
(4)其余各楼层照明配电箱内均同上设置。
(5)7根支线分别通过一个线路耦合器LK／S4．1连接至主线上构成一个系统，并在主线配备一个电源供应器 SV／S30．640．5。
(6)各个照明箱中分别分散安装有各种驱动器模块，用于控制灯光、电动窗等。驱动模块采用标准DIN导轨安装方式。
(7)现场安装有各种面板开关，采用标准86盒安装方式。
2．5 以总统套房设计为例具体说明
(1)根据平面图和设计人员的要求，总结出对支线系统的要求：客厅共3路照明开关控制，2路照明调光控制；卧室共2路照明开关控制，2路照明调光控制，7路空调控制。4处窗帘和百叶窗可进行电动控制。门厅处灯光根据人员的行动自动开关。在客厅和卧室可用 遥控器对空调进行起／停控制、加热／制冷模式选择、温度调节、场景转换，并根据实际需 求能够自行设定场景。在卧室和客厅能够了解室内重要电气设备的状态，并能够进行操作。在门口处设有总开／总关功能，住户在离开时可以一键将室内电气设备全部关闭。
(2)划分回路。各控制回路具体情况如表1所示。
表1 各控制回路情况
(3)选取驱动器。开闭控制驱动器选用SA／S4．10.1×2和 SA／S8.6.1；风机盘管控制驱动器选用 AT／S6.6.1×2；调光控制驱动器选用6197×2、6593×4和 6594×2；卷帘控制驱动器选用 RA／S4．230．1×1；AV控制器驱动器选用 AV—CON×1。
(4)选取传感器。在卧室和客厅安装3个6327带遥控五联面板，右门厅和书房安装2个6127四联面板，在卧室安装6136液晶显示器，在玄关处安装6131移动探测器。
(5)选取系统元件。电源控制器选用SV／S30．320．5。
(6)选取扩展控制功能。远程遥控功能选用电话网关 TG／S3．1。
(7)绘制强电配电箱系统图。
2．6 系统实现功能
某五星级宾馆工程的灯光控制方式有如下5种方式：
(1)手动控制。按照使用习惯在大楼内设置相应数量的现场控制器 (如按钮开关等 )，来控制系统的动作。
(2)移动控制。设置在公共走廊的传感器(如移动感应器、主动感应器等)，按照系统设
置的时间投入工作。根据人员的出入情况，自动开／关相应区域的照明设备，很大限度地节约电能。
(3)恒照度控制。设置在大堂的光线感应模块 (HS／S3．1)，根据系统设定的照度值和大堂内照度的变化，自动开／关大堂内照明设备的数量，使大堂内照度保持恒定。
(4)集中控制。设置在大楼一层消防监控室内的I-Bus智能中控机，根据 WinSwitch软件平台显示的大楼模拟图可实时掌握大楼内所控制的区域照明设备及空调设备的运行况，及时调整以便合理控制相应区域的照明及空调设备，以便节约能源。
(5)网络控制。通过OPC网关，I-Bus系统可与其他自控系统实现集成，并可根据自控系统发出的操作指令，执行相应的动作 。
3、安科瑞智能照明控制系统
3.1 概述
ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。
3.2 应用场所
适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。
3.3 系统结构
3.4系统功能
1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。
2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。
3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。
4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。
5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。
6）拖动调光控件，照明设备从0%到100%进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。
7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。
8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。
9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。
10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。
11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。
12）预留BA或第三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。
3.5 设备选型
4 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。同时可根据用户的要求增加或修改系统的功能，无须重新铺设电缆。未来的电气安装系统将汲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、开放性、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。
参考文献：
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[2] 06DX008—1 电气照明节能设计[S]．
[3]周芳, 刘美根. 智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用[J]. 电器与能效管理技术, 2007(16):20-23.
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版
作者简介：
任运业，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能照明控制系统领域。
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