關于智能控制系統在照明中的應用問題的幾點思考

陳小榮

（北京電子科技職業學院，北京 100029）

0 引言

智能照明控制系統是智能大廈樓宇自動化的一個子系，但是它又相對獨立，使得建筑物自控系統出現故障時，照明系統不至于癱瘓[1,2]。智能照明控制技術順應了計算機技術、通信技術、控制技術的發展潮流，具有節約能源、提高照明質量、延長光源壽命等優點。隨著照明系統應用場合的不斷變化，應用情況也逐步復雜和豐富多彩，僅靠簡單的開關控制已不能完成所需要的控制，所以照明控制也需要隨之發展和變化，以滿足實際應用的需要。

智能照明從開始到現在經歷了以下三個主要階段。第一種是傳統照明控制方式，如利用在回路中的開關元件來控制回路的中斷，或者是利用回路中的調節元件來改變電壓、電流等參數來調節燈光的亮暗；第二種是自動照明控制方式，這種控制方式是利用數字控制技術來控制照明回路的閉合，達到控制照明的目的，這種方式較傳統控制具有一定的自動化但是不具有調光功能；第三種是智能照明控制方式，這種控制方式是依賴計算機技術和網絡技術發展起來的。智能照明控制方式可以根據人們對照明形式的不同要求來實現一種人性化的控制，比如根據環境的變化，燈光亮度也隨之變化。

1 智能照明控制系統

在照明中能夠應用智能控制的主要原因是智能控制系統的運用。所謂智能照明控制系統，其實就是根據某區域不同的時間、室外光亮度或該區域的用途來自動控制照明。照明控制系統的原理是進行調光或根據需要關閉或打開照明。從智能照明控制系統的組成方式看，主要有總線型、電力線載波型、無線網絡型等。下面分別介紹這三種智能控制系統以及各自的主要代表類型。

1.1 總線型

常見的總線型智能照明控制系統包括澳大利亞奇勝Clipsal公司的C-Bus總線、邦奇公司的Dynet總線、瑞士ABB公司的i-bus總線、Philips的DALI總線等[3]。

1）C-Bus總線。C-Bus是兩線制總線協議，能組成分布式的智能控制系統。C-Bus系統有一套獨立的控制協議，相對BA系統來說比較簡單，完全能滿足對照明控制的需求，價格也比較便宜。所有C-Bus系統單元均內置微處理器，由一對通訊信號線(UTP5)連接成網絡，每個單元均設置唯一的單元地址，并用軟件設定其功能，通過輸出單元控制各負載回路，輸入單元通過群組地址和輸出單元建立對應聯系。Bus作為智能控制照明的系統，有著它的優點。該系統可以通過計算機軟件更改其功能及所控制的回路而不必重新布線。該系統使照明控制自動化，避免長明現象，起到節能作用，還有它的軟啟動功能可以延長燈具的壽命。

2）Dynet總線。Dynet是一種通信協議，它是澳大利亞邦奇電子工程公司在Dynalite智能燈光控制系統中使用的協議。Dynalite系統也是一個分布式控制系統。Dynet網絡上的所有設備都是智能化的，并以“點到點”方式進行通信。基于Dynet總線的控制系統是一個分布式控制系統，這樣就避免了像中央控制系統那樣，因中央控制單元的癱瘓而使整個控制網絡不能使用。

3）i-bus總線。ABB i-bus系統的基本構成是線，一根線是由64個總線原件(PTC)通過總線連接構成。i-bus總線符合EIB總線標準，以弱電總線通訊的方式控制強電末端設備，作為智能控制系統對照明進行控制時，可做到開關控制、調光控制、分散集中控制、遠程控制、延時控制、定時控制、光線感測控制、紅外線遙控、移動感測控制與其他設備系統的聯動控制等。

4）DALI總線。DALI即數字可尋址照明接口(Digital Addressable Lighting Interface)。它是專門用于熒光燈控制的國際標準，以保證不同制造商生產的DALI設備能完全兼容，它是定義了實現現代電子鎮流器和控制模塊之間進行數字化通信的接口標準。DALI智能控制系統中的鎮流器可以根據預設單獨對燈光進行控制，而傳統的調光不具備這功能；除此之外，控制單元還能獲得鎮流器的反饋信息，這使得使用大型復雜的燈光控制系統時更為方便。DALI智能控制系統除了實現燈光控制之外，還可以與大樓管理系統(BMS)接口；最后，在DALI鎮流器中內置微處理器，通過微處理器可以實行相關指令的執行和信息的傳遞，體現了產品的智能性。

1.2 電力線載波型

具有代表性的電力線載波智能照明控制系統實際上是基于X-10協議的智能照明控制系統。X-10協議是以電力線為連接介質對電子設備進行遠程控制的通信協議。電力線載波實際上就是電力線通信(Power Line Communication，簡稱PLC)，是指用電力線傳輸數據和語音信號的一種通信方式。按照電壓水平分，電力線載波可以分為高壓電力線載波通信，中壓電力線載波通信和低壓電力線載波通信三類作為智能控制照明系統，用到的是民用低壓類。在智能照明控制系統中，電力線載波采用X-10協議對照明燈具進行智能控制，采用電力線載波智能照明無需重新御線，而是使用現有的電力線網絡。在使用過程中，X-10直接利用電力線作為控制總線，并通過電力線將傳感器、執行器和網關等設備聯系在一起。該系統可以進行預設，也就是將控制對象的期望值事先儲存起來，然后系統的輸入值和預設值進行比較，系統自動調節達到智能控制的目的。

1.3 無線網絡型

隨著智能控制照明系統的發展，基于總線型和電力線載波型在被使用的同時，因為人們對照明狀況期望的不同，無線網絡智能控制照明系統也已經被使用。使用無線網絡控制系統可以省掉大量布線的麻煩。現在被使用的無線控制照明系統根據網絡的工作形式有無無線局域網絡和物聯網絡等。物聯網絡也是無線傳感網絡。所有這些無線網絡照明控制系統主要基于ZigBee技術和射頻技術(RFID)。

ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，它主要用于近距離無線連接，具有自己的無線電標準，在數千個微小的的傳感器之間互相協調實現通信。采用ZigBee技術無線照明中的每個房間就是一個單元，房間的每盞燈就是一個終端設備，每個房間設置一個路由器用以與協調器通信并向房間內每一盞燈轉發數據，來達到智能控制照明的目的。

RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，一套完整的RFID系統由詢問器、應答器和應用軟件系統組成。

在基于RFID技術的無線智能控制網絡，傳感器首先感應到環境的變化，接著便會有信號發送至主控模塊，主控模塊根據控制程序的要求下達指令，指令以信號形式傳到燈具控制模塊來控制燈的點亮情況。在整個控制過程中沒有人的因素的操作而是由無線射頻控制技術所組成的一個小型局域網絡的自動調節功能來完成的。

2 智能控制系統的比較

DALI總線中的DALI是一種通信協議，他不屬于任何一家公司。DALI總線系統在使用時可以使不同照明組中的不同照明光源同時達到同一照明亮度值。并且每盞燈的工作狀態可以被返回控制電路，通過控制顯示電路對每盞燈的工作狀態加以顯示。DALI標準的關鍵是軟件核心命令的定義DALI數據信息應包含誤差檢測、地址和命令信息，地址信息決定所傳信息是至哪個DALI模塊(即DALI電子鎮流器)，所有的DALI模塊采用“廣播”尋址的命令方式，可尋址64個終端或16組地址。

在控制過程中，從穩定性的角度考慮，總線型最好，其次是電力線載波，最不穩定的就是無線(RFID)型；但從經濟角度考慮，總線型不占優勢。

3 智能照明和傳統照明

智能照明和傳統照明相比有很多優點。1）智能照明有很好的節能效果，燈的亮度可以隨著自然光的變化而變化，防止了在自然光充足的情況下亮燈造成電能的浪費；2）智能照明可以延長光源壽命：影響燈具壽命的一個重要原因是燈兩端電壓的過快變化，智能照明系統有防止這種現象的抗電壓浪涌現象和軟啟動的功能；3）提高照明質量：比如房間白色的墻體會隨著時間推移變暗，為了保證房間的亮度，此時燈具會自動變亮；4）采用智能照明管理方便：智能控制系統采用參數化控制，更方便管理；5）采用智能照明有較高的經濟回報率：智能控制系統可以做到節能，而且是維護方便，節省維護開支。

4 結論

總線型因為有著分散式控制、集中式管理的特點，基于總線型的智能照明控制系統應用在大面積的照明中更能體現它的優勢，另外，總線型還有連接很多模塊的能力，這一點也使得基于總線型的照明控制系統在大面積照明中能夠充分體現它的特點，比如在青島流亭機場的運用。電力線載波技術在國外的應用較早，也已經有比較成熟的產品，而在國內因為技術上的不成熟還沒有得到廣泛應用，不過隨著技術的更新基于電力線載波的智能照明控制系統將在智能小區建設中得到廣泛的應用。對于室內照明而言，無線照明控制系統有著較大的優勢。例如基于Zigbee技術的無線照明控制系統有著低功耗、低成本和組網靈活的特點，使得這種照明技術在家庭室內照明占據了優勢。

[1] 李海燕, 李海寶, 魏英智. 醫療智能照明系統控制技術研究[J].實驗技術與管理, 2012, 29(1).

[2] 陳潤平, 付志紅. 基于模糊控制論的圖書館智能照明控制系統設計[J]. 制造業自動化, 2011, 33(12).

[3] 周玉庭, 馬小軍, 邢自巧. 智能照明控制技術之體育館應用淺析[J]. 自動化儀表, 2011, 32(8).