智能燈具及其標準的現狀和研究

施曉紅，莊曉波，虞再道，陳超中

(上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海　201114)

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智能燈具及其標準的現狀和研究

施曉紅，莊曉波，虞再道，陳超中

(上海時代之光照明電器檢測有限公司，上海201114)

摘要：智能化是照明系統及其燈具的發展趨勢。本文以照明系統的相關定義為切入點，在給出智能照明燈具構成特點的基礎上，討論了智能照明系統標準現狀，表述了開發智能燈具標準的基本思路。

關鍵詞：智能；照明系統；燈具；標準

引言

應用的多功能要求是照明系統控制的需求來源，以舞臺照明為例，由于燈具數量和類型繁多、光色復雜、光路變化、現場的多種應用組合，為了達到多功能、復雜的應用需求，舞臺照明很久以來使用了系統控制的方式。

照明的功能要求、達到功能所使用的拓撲結構及其監測和控制方式、元件、以及通訊接口是照明系統及燈具結構的要件。

由于在系統中使用了照度、溫度、電壓、電流等參數反饋系統，使之具有了自動監測和控制的功能，業界將這種系統稱作智能照明系統。

1智能照明系統的相關定義

IEC/TC 274正在研究照明系統相關術語標準，下面給出的術語和定義來自于IEC 60050、ISO/TC 274，與照明系統相關的術語如下：

1)照明：將光照在區域、物體或人上的過程或活動。

2)系統：設計成滿足照明應用要求的一組交互式的光源和關聯設備。

要注意的是，照明系統可以致力于：

a)在考慮了人的舒適、安全、周圍環境的征候和能源消耗等的條件下，規定視覺任務的支持；

b)支持人以外的其他任務，諸如植物生長或動物飼養；

同時，照明系統可以包括物理元件、通訊協議、用戶界面、軟件和提供中央控制和監視功能的軟件。物理元件可用做提高或降低自然或人工光。

還應注意，光源和關聯設備可以集成在單體內，例如LED模塊、燈或一個燈具。

3)自適應照明系統：對環境作出反映或依照預設條件、將照明質量維持在規定的要求內的照明系統。

要注意的是照明質量的要求包括個體幸福感、安全、公共安全、建筑風格、以及被照明環境的經濟性。

4)以人為本的照明系統：為對人類生理和心理產生正面影響而特殊設計的照明系統。

要注意的是這包括視覺和非視覺兩者的影響。

5)智慧(智能)照明系統:包括燈具、網絡、傳感器、軟件或其它元件間連接件和通訊的自適應照明系統。

6)無線照明系統:不使用電線傳輸數據的照明系統。

7)能源性能:為滿足與照明相關的不同需求，一個照明質量的空間或內部/外部環境中，全部照明特性滿足使用者需求和期望，或者其他應用要求，照明系統實際使用或消耗供給能源的加權網絡計算值或測量值。

要注意的是等級卓越適用于域終端用戶的健康以及安全、環境和經濟效果。

8)智能燈具:配備具有傳感、通訊和處理能力元件的燈具。

要注意的是元件可以使模塊化的和可替換的。

值得關注的是，在系統的定義和說明中提到，系統的任務中包括提高或降低自然或人工光，也就是說，除了人工光以外，自然光也在系統控制的范圍內。

2智能照明系統及智能燈具的現狀

根據上述術語和定義，根據所具有的特點，智慧(智能)照明系統是一種自適應照明系統，在系統設計時，可以是以人為本的，也可能還結合了能源經濟性的考慮，還可能使用了無線照明系統，當然最后由一個智能照明燈具來實現。

2.1　智能照明系統

當系統中使用了感應器和反饋系統，控制系統根據處理系統這些信息后通過網絡對燈具發出控制指令以達到預設的照明水平來滿足照明要求，這是智能照明系統一般工作原理，如根據環境亮度調節光輸出達到要求的照明水平，根據環境的色溫調節光色達到舒適性要求，根據反饋的燈具故障信息發出維護指令等。

常見的智能照明系統的框圖如圖1所示。

圖1　智能照明系統框圖(源自 CSA/TR 001—2014[1]圖1)Fig.1　Frame of intelligent lighting system

2.2　智能照明燈具

在智能照明系統中，燈具屬于執行元件，除了光源、燈的控制裝置等燈具基本工作元件以外，智能照明燈具通常還組合了照明控制器和傳感器，有時還組合了網關。

智能照明燈具框圖如圖2所示。

圖2　智能照明燈具框圖Fig.2　Frame of intelligent luminaire

3智能燈具的標準

3.1　智能照明系統標準的框圖

目前，智能照明系統還處于概念和比較初級的應用初級階段。各種應用場景的需求分析展現了智能照明無限可能性，而且，在不久將來的實際應用中，智能照明是物聯網的組成部分。

智能照明系統框圖見圖3。

智能燈具是智能照明系統的組成部分，其標準也應該是系統的有機組成部分。在該標準體系中，基礎標準中應至少包括術語標準，可能還需要各個場景的一般功能需求標準，組件標準和通訊接口也需要相應的標準。

以人為本，滿足人對安全性、舒適性以及人體健康的關切，智能照明燈具應滿足產品的安全、性能、電磁兼容的要求，同時還應準確及時的執行智能照明系統發出的指令，并反饋信息。

圖3　智能照明標準體系框圖Fig.3　Frame of standard system of intelligent lighting

在安全方面，在新制定的GB 7000.1—2015[2]標準中，已對燈具中的控制系統的絕緣等提出了特殊的安全要求。

在性能方面，應考慮各種智能燈具對控制指令的響應、響應的準確性、控制系統的功耗等方面的要求，同時還應考慮控制的物理元件滿足相應的部件標準的要求。

與此同時，智能照明控制系統不應對周圍環境產品騷擾，還應具有抗電磁干擾的能力。

3.2　燈具安全標準的要求

待發布的GB 7000.1—2015[2]《燈具 第1部分 一般要求與試驗》中提出了與控制相關的安全要求。

1)可控燈具的定義：可控燈具是指設有控制端子的燈具，目的是控制裝置的信息交換和(或)控制裝置功能設定。

2)標記：標準的3.3.22規定，對可控燈具，應給出LV電源和控制導體之間所保持的絕緣類別。例如，基本絕緣、加強絕緣。

同時要注意的是燈具聲稱絕緣的維持也可依賴其他連接到相同控制總線的外部元件(產品)。這是控制系統設計者的責任，而不是燈具制造商的責任。

3)結構：標準的4.31提出了電路間的絕緣的要求，除了一般要求以外，還對可控燈具提出了特殊要求。

a.對可控燈具的特殊要求：

標準規定：對于可控燈具，當要求所有元件保持相同的絕緣水平時，相同的要求也適用于連接到控制端子的電路。當評估要考慮的電路類型時，應考慮控制裝置制造商提供的信息(見IEC 61347-1[3]的7.1 k))。

要注意的是，目前市場上有下述類型的控制系統：

—功能特低電壓(FELV)控制信號，與LV電源基本絕緣(例如數字可尋址照明接口與直流1 V-10 V控制器)；

—安全特低電壓(SELV)控制信號(例如DMX)；

— 控制信號，未與LV電源絕緣(例如按鈕控制/切相/步進調光)。

(i)控制裝置上的標記。標準4.31中引用到IEC 61347-1[3]的7.1 k)的規定是：表明接線端子的位置和用途的線路圖。如果燈的控制裝置上沒有接線端子，則線路圖上應明確給出用作連接線的符號的意義。只在特殊線路中工作的燈的控制裝置應采用相應的標志或線路圖加以識別。即應在控制裝置上標記控制端子的位置和用途。

(ii)關于可控燈具絕緣水平的保持。應考慮接入的控制電路的絕緣類別對燈具絕緣類別的影響，燈具的絕緣類別可能因控制電路而發生改變。圖4是一個含有控制線的照明系統接線圖，圖中有3個燈具，防觸電類別分別為Ⅰ類，Ⅱ類和Ⅲ類。當接入了FELV的控制信號后，當控制裝置與

可觸及金屬部件保持了要求的絕緣時，Ⅰ類燈具和Ⅱ類燈具的防觸電類別保持不變，但Ⅲ類燈具中由于含有類非安全特低電壓(FELV不滿足安全特低電壓的要求)，因此燈具不再是Ⅲ類燈具而是Ⅱ類燈具了。

圖4　接入數字控制電路后的燈具絕緣系統Fig.4　Insulation of luminaires connected with digital control circuit

b.對電路間絕緣的一般要求：

燈具含有的變壓器或控制裝置使用了與LV電源絕緣的電路來提供電路與燈具間的隔離的，應在電路間以及這些電路與外部可觸及導電部件之間提供適宜的絕緣。

FELV控制線路、SELV控制線路和未與LV電源絕緣的控制線路是目前存在的3種控制電路，與燈具電路的絕緣要求見表1和表2。

表1　控制電路與燈具電路的絕緣要求

3.3　燈具性能標準

目前的燈具性能標準中，對可調燈具，提出了對聲稱調節范圍的驗證要求，但目前涉及的參數僅為調光(光輸出)。

3.4　電磁兼容標準

目前燈具產品適用的電磁兼容標準涉及諧波、電磁騷擾和抗干擾，具體如下：

表2　有源部件與可觸及導電部件之間的絕緣要求(改編自GB 7000.1-2015表X.1)

GB/T 17625.1—2012 電磁兼容 限值 諧波電流發射限值(設備每相輸入電流≤16A)；

GB/T 17743—2007 電氣照明和類似設備的無線電騷擾特性的限值和測量方法；

GB/T 18595—2014一般照明用設備電磁兼容抗擾度要求。

4智能燈具特殊要求的基本考慮

4.1　智能照明系統的標準現狀

4.1.1GB 30104標準系列

等同采用IEC 62386[4]系列標準，我國已經發布了DALI的12個標準，這些標準與國標的對應關系見表3。

表3　DALI國家標準的現狀

GB/T 30104數字可尋址照明接口系列標準對DALI協議作了規定，能很好的保證其通用性和兼容性。

第101部分規定了電氣要求，如：控制輸出端標記、控制接口特性、控制輸入端的絕緣系統、額定電壓信號限值及邏輯關系、額定電流信號限值、信號上升和下降時間限值等，保證了電氣信號的識別，在硬件方面打下了兼容性的基礎。

GB/T 30104第102部分規定的傳輸協議結構、變量和指令等，在軟件層面統一了基本功能，保證了兼容性。標準中還詳細描述了各個指令的測試程序，為DALI控制裝置的檢測奠定了基礎。

GB/T 30104其余的20X部分根據設備類型的特殊性能和使用要求，補充了一些指令及其測試程序。

4.1.2其他技術文件

目前CSA等一些聯盟以及一些地方相繼發布了一些智能照明系統的技術文件，如：

·CSA的文件

—CSA/TR 001—2014LED照明控制系統標準化綜述

—LED公共照明智能系統接口應用層通信協議

·TEAS的文件

—LED道路照明智能控制系統技術規范

·深圳市LED產業標準聯盟

—SQL/LSA 004.1—2011LED路燈智能照明技術規范 第1部分：控制系統

—SQL/LSA 004.2—2011LED路燈智能照明技術規范 第2部分：電力線載波控制模塊

—SQL/LSA 004.3—2011 LED路燈智能照明技術規范 第3部分：應用層通信協議

·上海市路政局

—道路LED照明應用技術規程

與此同時IEC /TC274也在照明系統標準的積極制定過程中。

4.2　智能照明燈具標準特殊要求的基本考慮

1)產品功能及其聲稱：智能照明燈具在照明系統中的功能是實現系統發出的指令，燈具標準要解決的主要問題就是驗證系統聲稱的一些功能，包括一些可調參數的執行能力，以及響應時間、控制系統的功耗等。

以隧道照明燈具為例，智能照明系統功能需求可能包括：

·人體舒適性相關的色溫控制：與洞外色溫的協調

·路面照度或亮度控制：根據時間和車流量

·系統維護：巡檢、失效/異常告警、系統無指令時的默認設置

在產品說明書中，可能含有下述聲稱：

·1.產品類別

·2.指令響應時間

·3.滿功率光通量值，初始值，調光范圍和/或分級

·4.色溫初始值，色溫調節范圍和/或分級

2)制定智能燈具標準的基本原則：制定智能燈具標準的基本原則是按照燈具在系統中的存在特性和內涵的組件，根據產品聲稱的功能特性，在驗證組件符合相應部件標準的同時，制定由這些組件構成的燈具的控制指令實際執行能力的驗證要求，包括：

—燈具應滿足相應的安全要求、性能要求和電磁兼容要求；

—燈具中含有的組件應滿足相應的部件要求；

—燈具執行指令的實際結果應與聲稱的參數一致。

其中“燈具執行指令的實際結果應與聲稱的參數一致”是智能燈具標準的核心內容，驗證的內容與燈具使用的單燈控制器的情況有關，例如，當燈具使用了經過認證的DALI控制裝置時，只需要抽樣驗證，而使用了其他接口的單燈控制器，由于缺少標準和相應的認證，驗證的內容可能較多。

當燈具中還含有傳感器、單燈控制器等元件時，除了響應和執行系統的指令以外，燈具應還具有信息反饋的功能，也應考慮相應的驗證要求。

5結語

目前，國際電工委員會IEC/TC274和IEC/TC34正在進行智能照明的相關基礎研究，術語標準已有草案，這對智能照明系統及其燈具特性的研究非常重要，是進行后續研究工作的基礎。在此基礎上，智能燈具的特性研究是開發產品標準的重要前提，目前，一些隧道燈具和道路燈具等公共照明燈具產品已融入了一些智能化的元素，可以進行產品標準的研究和開發。

參考文獻

[1] LED照明控制系統標準化綜述：CSA/TR 001—2014[R].北京：國家半導體照明工程研發及產業聯盟，2014.

[2] 燈具 第1部分：一般要求與試驗：GB 7000.1—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[3] 燈的控制裝置 第1部分：一般要求和安全要求：IEC 61347-1[S].

[4] 數字可尋址照明接口：IEC 62386—2014[S].

Current Situation and Research of Intelligent Luminaire and Standard

Shi Xiaohong, Zhuang Xiaobo,Yu Zaidao,Chen Chaozhong

(ShanghaiAlphaLightingEquipmentTestingLtd.(SALT)，Shanghai201114,China)

Abstract：Intelligence is the development trend of lighting system and luminaire. From the point of the definition of lighting system and based on the characteristics of intelligent lighting luminaire, this article discussed current situation of intelligent lighting system standards, and presented the basic ideas of developing intelligent standards of luminaire.

Key words:intelligent; lighting system; luminaire;standard

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.014