關于智能照明控制探討

一、引言

國務院近日全文印發《節能減排“十二五”規劃》（以下簡稱《規劃》），其中明確了節能減排領域的十大重點工程。綠色照明作為節能減排“十二五”規劃的重要內容之一。實施“中國逐步淘汰白熾燈路線圖”，分階段淘汰普通照明用白熾燈等低效照明產品。推動白熾燈生產企業轉型改造，支持熒光燈生產企業實施低汞、固汞技術改造。積極發展半導體照明節能產業，加快半導體照明關鍵設備、核心材料和共性關鍵技術研發，支持技術成熟的半導體通用照明產品在賓館、商廈、道路、隧道、機場等領域的應用。推動標準檢測平臺建設。加快城市道路照明系統改造，控制過度裝飾和亮化。

可見，在建筑界已經引入了“綠色”照明的概念，其中心思想是最大限度采用自然光源、設置時鐘自動控制、采用照度感應等新技術。智能照明控制系統作為實現照明節能的重要手段在建筑節能中有著不可替代的作用，其基本原理是根據某一區域的功能、每天不同的時間、室內光亮度或該區域的用途來自動控制照明，起到對燈光節能控制、自由進行燈光多種形式的組合，使建筑實現節能的同時變得絢麗多姿。

本文以韓國“愛瑟菲（Avocent）”智能照明系統為例，介紹智能照明控制系統在建筑節能設計上的應用情況。

二、智能照明系統與傳統照明系統的比較

2.1、線路系統比較

1）單控電路系統比較

傳統照明單控電路特點：

控制開關直接接在負載回路中；

當負載較大時，需相應增大控制開關的容量；

當開關離負載較遠時，大截面電纜用量增加；

采用傳統照明單控電路只能實現簡單的開關功能。

總線式智能照明系統單控電路特點：

負載回路連接到輸出單元的輸出端，控制開關用EIB總線與輸出單元相連。負載容量較大時僅考慮加大輸出單元容量，控制開關不受影響；

開關距離較遠時，只須加長控制總線的長度，節省大截面電纜用量；

可通過軟件設置多種功能（開/關、調光、定時等）。

2）雙控電路系統比較

傳統照明雙控電路特點：

實現雙控時用兩個單刀雙置開關，開關之間連接照明電纜；

進行多點控制時開關之間的電纜連線增多，使線路安裝變得非常復雜，工程施工難度增大。

總線式智能照明系統雙控電路特點：

實現雙控時只需簡單地在控制總線上并聯多一個開關；

進行多點控制時，依次并聯多個開關，開關之間僅用一條總線連接，線路安裝簡單、省事。

2.2、控制方式比較。

1）傳統控制采用手動開關，必須一路一路地開或關；

2）智能照明控制采用低壓2次小信號控制，控制功能強、方式多、范圍廣、自動化程度高，通過實現場景的預設置和記憶功能，操作時只須按一下控制面板上某一個鍵即可啟動一個燈光場景，各照明回路隨即自動變換到相應的狀態。上述功能也可以通過其他界面如遙控器等實現。

2.3、照明方式比較。

1）傳統控制方式單一，只有開和關；

2）智能照明控制系統采用“調光模塊”，通過燈光的調光在不同使用場合產生不同燈光效果，營造出不同的舒適氛圍。

三、智能照明控制系統描述

3.1 系統功能

（1）智能照明控制系統是全數字、模塊化、分布式總線型控制系統，將控制功能分散給各功能模塊。中央處理器、模塊之間通過網絡總線直接通信，可靠性高，控制靈活。

（2）系統根據某一區域的功能、每天不同時間的不同用途和室外光亮度自動調節照明。進行場景預設，由樓宇自控系統或分控制器通過調光模塊、調光器自動調用。

（3）照明控制系統分為獨立子網式系統，特定于房間或大型的聯網系統。

（4）聯網系統具有標準的串行端口，可以較容易地集成到樓宇自控系統的中央控制器，或與其他控制系統組網。

3.2 系統組成

系統由調光模塊、開關模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、PC接口、監控計算機（大型網絡需線路耦合器連接）、時鐘管理器等部件組成。所有單元器件（除電源外）均內置微處理器和存儲單元，由信號線（雙絞線或光纖等）連接成網絡。每個單元均設置唯一的單元地址，并使用軟件設定其功能，通過輸出單元控制各照明回路負載。

3.3 控制方式

智能照明常用的控制方式有場景控制、定時控制、天文時鐘、光感探頭控制、就地控制、遠程控制、應急處理等，其主要功能及應用場所如下：

（1）場景控制。用戶預設多種場景，按動一個按鍵，即可調用需要的場景，多功能廳、會議室、體育場館、博物館、美術館、高級住宅等場所采用該控制方式。

（2）定時控制。根據預先設定的時間，觸發相應的場景，使燈光打開或關閉，應用于地下車庫等大面積場所。

（3）天文時鐘。輸人當地的經、緯度，系統自動推算出當天的日出、日落時間，根據這個時間來控制照明場景的開關，特別適用于夜景照明、道路照明。

（4）光感探頭控制。根據光感探頭探測到的照度，控制照明場所相關燈具的打開或關閉，常應用在寫字樓、圖書館等場所。靠近外窗的燈具可采用光感探頭，根據天然光的亮度進行開/關，以節約用電。

（5）遠程控制。通過互聯網對照明控制系統進行遠程監控，可對系統中的各個照明控制箱的照明參數進行設定、修改，對照明狀態進行監視、控制。

（6）應急處理。在接收到安保系統、消防系統的警報后，能自動將指定區域照明全部打開。

四、案例分析

某綜合大樓的總建筑面積約為50396平方米，主要由地下2層及地上28層組成，其中地下2層至地上6層主要為停車庫，地上7層及以上主要為診室、實驗室、校史展覽、會議室、飯堂、辦公等區域。該建筑內各功能空間面積較大，對照明控制的要求比較復雜。考慮到該工程的主體建筑、結構、設備專業施工與后期裝潢設計均要同時進行，因此，在前期的設計過程中，選用的照明系統必須具有足夠的靈活性。為此系統采用EIB總線對系統進行連接，主要由管理工作站、總線耦合器（網關）、電源模塊、時間控制模塊、開關模塊、調光模塊、智能控制面板、照度傳感器等組成。

照明控制系統為分布式控制，模塊化結構，可靠性高。任何控制模塊均內置CPU，每個輸入模塊（場景開關）都可直接與輸出模塊（、輸出繼電器）通訊（發送指令 → 接受指令 → 執行指令），避免了集中式結構中央CPU一旦出現故障造成整個系統癱瘓的弱點

4.1、系統控制點表

4.2 、系統結構設計

系統結構如下圖所示：

管理計算機：系統在控制中心各配置1臺智能照明管理計算機進行樓棟的智能照明的管理，計算機采用“聯想”的啟天M7151F型工作站，工作站配置1套“愛瑟菲”的“ASF.SW30500”型控制管理軟件和“ASF.CP.2”網關，通過網關，工作站與各前端模塊及設備采用485總線進行連接，實現對智能照明系統的監視及控制。

“ASF.CP.4”總線耦合器（網關）：現場總線和以太網的接口功能，具有4個總線接口，總線工作狀態指示，包括總線電壓、短路報警等。耦合器上聯通過TCP/IP的局域網連接至管理上位機，下聯通過485總線連接到前端控制器、控制面板等設備。線路藕合器可以也可以作為支線藕合器使用，也可作為藕合器或支線復用器使用.作為支線藕合器使用時，它可將支線連接至主線，作為區域藕合器使用時，它可將主線連接至干線。

電源模塊：為了給所有前端各種開關模塊，控制面板、照度開關的供電，系統配置電源模塊，電源模塊選用愛瑟菲“ASF.PW.24V”型電源模塊。

時間控制模塊：系統為了實現各種時間場景的應用，系統配置愛瑟菲“ASF.TM.8”的時間模塊。

開關模塊：根據前端每個控制箱內的電源回路數量分別配置不同數量的4路、6路、8路的電源繼電器模塊，具體選型為：4路開關模塊選用愛瑟菲“ASF.RL.4.16A”型模塊、6路開關模塊選用愛瑟菲的“ASF.RL.6.16A”型模塊、8路開關模塊選用愛瑟菲的“ASF.RL.8.16A”型模塊。

調光模塊：選用4路熒光燈調光模塊，調光模塊選用愛瑟菲的“ASF.FL.4”型模塊

智能控制面板：為了現場對燈光不同場合的控制，系統在相應區域配置控制面板，控制面板選用愛瑟菲“ASF.IP.4”型智能面板，管理方便，主控站可對任意可編程現場控制面板通過場景命令開啟或禁止使用

照度傳感器：選用愛瑟菲“ASF.IP.4”型照度感應器，照度傳感器本身和總線耦合器（多功能輸入模塊）分離。

4.3、系統控制策略

4.3.1、公共區域照明

公共區域照明包括大堂、走廊、電梯間等地方。

1）大堂

大堂可以采用時鐘控制及照度傳感器控制。可以根據外界自然光來控制靠窗口的回路照明，當天氣陰沉或夜幕降臨及照度不足時，系統打開對應照明回路。使室內保持最佳的亮度。

同時在大堂服務臺處配置控制面板，可根據需要手動控制就地燈具的開關。通過回路搭配方式對走道照明設置為白天模式、上班模式、下班模式及晚上模式等，同時根據實際使用用途設置為一般模式、省電模式和全開模式。在主控室做集中管理與監控，達到節省用電成本又可以達到最佳的控制效果。

2）公共通道和電梯廳

走廊采用定時控制，分時段進行定時。白天我們可以根據外界自然光來控制靠窗口的回路照明，晚上系統自動開啟紅外傳感器，實現人來燈亮人走燈滅的節能效果。

在中醫院研修樓公共走道采用定時控制和紅外感應控制方式。在白天期間采用定時控制，在晚上的時候啟動紅外移動控制方式，人來開燈，人離開后燈延時關閉

4.3.2、車庫照明設計

在車庫入口管理處應安裝可編程開關，用于車庫燈光照明的手動控制。平時在系統中央控制主機的作用下，車庫照明處于自動控制狀態。車輛進出繁忙時，車庫照明處于全開狀態。白天，由于有日光，可適當降低照度，節省能耗。車輛較少時只開車道燈，如需觀察車輛，可就地開啟局部照明，經延時后關閉。

控制方式：

中央控制（在主控中心對所有照明回路進行監控，通過電腦操作界面控制燈的開關）

定時控制（季節、清晨、進出高峰、上午、中午、下午、傍晚、夜晚、深夜、節假日等模式）

隔燈控制（利用隔燈的方式區分照明回路，實現1/3、2/3、3/3照度控制）

現場可編程開關控制（通過編程的方式確定每個開關按鍵所控制的回路，單鍵可控制單個回路、多個回路）

4.3.3、室外園林景觀照明設計

在公共區域的照明是最能體現智能照明的節能特點，在沒有使用到智能照明時，當沒人經過的時候燈還依然亮著，這就大大浪費了電能。智能照明系統可以設置1/2，1/3場景，根據現場情況自由切換。也可以設置時間控制，在白天的時候，室外日光充足，這時可以關閉全部照明，在傍晚的時候，室外日光逐漸降低，需要開啟1/2或1/3場景模式，等到深夜的時候，人流量非常小，又可回到1/3場景模式。這樣最大限度的節約了能源。

控制方式：

中央控制（在主控中心對所有照明回路進行監控，通過電腦操作界面控制燈的開關）

定時控制（季節、清晨、白天、黃昏、夜晚、深夜、節假日等模式）

隔燈控制（利用隔燈的方式區分照明回路，實現1/3、2/3、3/3照度控制）

現場可編程開關控制（通過編程的方式確定每個開關按鍵所控制的回路，單鍵可控制單個回路、多個回路）

4.3.4、系統功能

1. 根據季節、作息時間、照度變化等對照明系統進行人性化管理。

2.設置現場智能開關，通過工作人員可在現場控制燈光。并可實現各區域獨立的自動化控制。并可設定密碼保護功能，避免無關人員操作。

3.發生火災時，自動啟動應急照明，強制關閉所有一般照明回路。系統可鎖定事故照明僅在消防中心的計算機控制而禁止在本系統的監控計算機及現場控制面板控制；也可以解鎖、開禁。

4.中控觸摸屏和現場智能開關上均可進行場景控制，分為全開模式、清掃模式、特殊模式等。如：清掃模式，使用時只須選擇相應的場景按鍵，燈光會自動按照設定好的方式打開相應區域的照明回路。

5.系統的網絡擴展性相當強，對于大區域的控制場地，根據現場情況，系統可以組成足夠小的網絡，通過以太網接口就近接入光纖網絡，進行高速通訊和控制。

五、結語

智能照明控制系統利用一條雙絞線代替傳統種類繁多的普通電纜，使照明、場景控制實現智能化，并依據外部環境的變化自動調節總線中設備的狀態，達到安全、節能、人性化的效果，通過進一步減少建筑照明的能耗從而達到提高建筑節能效率的目的。同時還可以根據用戶的要求增加或修改系統的功能，而無須重新鋪設電纜，同時未來的電氣安裝系統將吸取目前各類總線制智能安裝系統的優點，通過更多地向樓宇自控、安全防范等其他系統相互滲透、相互融合，并以其更好的靈活性、易用性、可靠性、安全性，成為標準化、人性化、分散化、網絡化的多功能網絡集成式全分布控制系統。