智能照明系統在海洋科技館中的設計與實現

姜東岳 陶偉 劉立敬

摘 ?要：該文通過對青島海洋科技館場館內照明配電系統進行智能化設計與改造，從系統的硬件選擇、物聯網設備的選型、系統的組態畫面以及程序的編寫，實現場館燈光照明的智能化控制，提高科技場館設備的智能化水平。

關鍵詞：智能照明；組態；物聯網；場館燈光；系統硬件

中圖分類號：TM923.02 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0132-04

Abstract： In this paper， through the intelligent design and transformation of the lighting and power distribution system in Qingdao Ocean Science and Technology Museum， from the selection of system hardware， the selection of Internet of things equipment， the configuration picture of the system and the compilation of the program， the intelligent control of lighting in stadiums is successfully realized， and the intelligent level of equipment in science and technology venues is improved.

Keywords： intelligent lighting; configuration; Internet of things; venue lighting; system hardware

智慧照明是近年來發展較為迅速的一種技術，其借助于物聯網，通過組態軟件的編程，將傳統的空氣開關控制轉變成電腦智能控制，從而實現了開關的智能化，并廣泛應用于樓宇控制、大型商超、圖書館以及學校中。

青島海洋科技館位于青島市南區萊陽路1號，是全國第一批公益科普教育基地，主要承擔普及青少年海洋知識、開展海洋生物研究等相關職責。該場館的構筑物均位于地上，由于照明燈具數量多，場館安保人員通過配電盤上空氣開關開啟或關閉上百盞燈具是日常行為，存在危險性大、勞動強度高的問題。為解決上述問題，根據實際情況，開發設計一套智能照明系統，滿足場館內智能化開關燈的需求。

本文以實現單位照明燈具智能化為目標，根據實際情況，通過設計實現場館內配電系統智能化的方案，完成智能照明系統的設計安裝工作。

1 ?場館內智慧照明的設計與實現

1.1 ?場館的現狀與智能照明需求

該海洋科技館共有4個場館，分別是水母宮、海豹館、生物標本館、淡水生物館，各個場館位置較為分散，現有的照明系統控制為傳統的空氣開關控制。為實現場館所有的照明燈具統一化管理，需要一套智能照明控制系統，以實現定時控制、區域控制、現場手動和自動相結合等多種控制方式，不僅能有效避免展廳的照明浪費，還能提高場館的照明管理水平。

1.2 ?智能照明系統的設計

1.2.1 ?系統硬件的選型與設計安裝

現場燈控回路硬件的選擇：針對青島海洋科技館中生物標本館和海豹館照明控制回路多（共計80多路）、電流小（一般1～4 A）的特點，選用帶有RS485功能的16路智能燈控模塊，該模塊遵循Modbus-RTU協議，能夠根據上位機的指令進行燈控回路的控制，并且該模塊控制回路數量多，具有現場手動模式，即使在遠程不能操縱的前提下，根據現場手動面板的指示，本地仍然可以靈活控制。根據上述實際情況，設計了場館內生物標本館的智能照明原理圖，如圖1所示。

生物標本館所控制燈的回路是60路，因此選用4塊16路的智能燈控模塊進行設計，滿足當前需求。4個模塊設Modbus-RTU的地址分別是1、2、3、4，模塊與模塊之間通信采用RS485手拉手的連接方式，每個模塊在控制現場配備一套手動面板。根據以上設計原理，技術人員進行了燈控模塊控制箱的安裝，如圖2所示。

同時針對水族館和淡水館控制回路少（3到8路）的特點，及智能燈控模塊單路控制電流小的缺點，我們在此選用具有RS485功能的智能空氣開關。這種開關既具有原有空氣開關防載、短路的功能，又能通過RS485傳輸線夠實現遠程控制功能。根據場館的實際情況，設計淡水館二層區域燈光控制如圖3所示。

在圖3的原理圖中，共設計5路單P空開斷路器，每路空開最高電流為16 A，智能空氣開關斷路器采用RS485手拉手的方式進行連接。根據圖3原理圖，技術人員對原有傳統的單P空氣開關進行更換，如圖4所示。

物聯網設備的選擇：為了分散場館的RS485控制設備聯網，本套系統采用串口服務器，將傳統的RS485控制設備轉變到網絡中，借助于已經建好的場館局域網，實現控制設備的網絡化。串口服務器原理圖如圖5所示。

串口設備經過RS485線路連接到串口服務器中，串口服務器通過協議轉換的形式將數據傳送到局域網（互聯網中），利用組態軟件接受或者發送Modbus-Rtu指令。

1.2.2 ?軟件選擇

為實現用界面化操作對現場RS485控制設備發送或者接受指令，本套系統采用國產組態軟件組態王進行組態畫面，通過后臺簡易編程，快速實現了操作的可視化、便捷性。

1.2.3 ?智能照明系統拓撲圖

根據場館照明配電系統布局，設計本次智能照明系統拓撲圖，如圖6所示。

上述拓撲圖中，將串口服務器1—4分別安裝于上述4個獨立的場館，串口服務器向下連接燈控模塊或者智能RS485空開，向上連接交換機，最后通過局域網連接到控制室，實現控制設備的網絡化。

1.2.4 ?組態編程

首先，設定主畫面，通過主畫面中的4個按鈕，可以切換到任意一個場館的燈光控制。設計畫面如圖7所示。

其次，分別對4個場館的燈光控制畫面進行設計，既要實現每路開關按鈕控制的功能，又要實現定時控制的功能。下面以淡水生物館燈光控制為例，進行畫面設計。如圖8所示。

最后，根據畫面的功能，在組態軟件的數據詞典里填寫數據變量表，并編寫程序。表1為淡水生物館（一層與二層）燈光的變量表。

填寫完變量表后，以下為淡水生物館燈光控制組態程序，配置如下：

if（＼＼本站點＼淡水館定時使能==1）

{ if（＼＼本站點＼淡水館開始設定小時==＼＼本站點＼$時&&＼＼本站點＼淡水館開始設定分鐘==＼＼本站點＼$分）

{＼＼本站點＼淡水館全開=1;

}

if（＼＼本站點＼淡水館結束設定小時==＼＼本站點＼$時&&＼＼本站點＼淡水館結束設定分鐘==＼＼本站點＼$分）

{＼＼本站點＼淡水館全關=1;

}

}

if（＼＼本站點＼淡水館全開==1）

{＼＼本站點＼淡水館計數器=＼＼本站點＼淡水館計數器+1;

if（＼＼本站點＼淡水館計數器==1） ?＼＼本站點＼淡水一層燈1=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==4） ＼＼本站點＼淡水一層燈2=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==7） ＼＼本站點＼淡水一層燈3=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==10） ＼＼本站點＼淡水二層燈1=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==13） ＼＼本站點＼淡水二層燈2=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==16） ＼＼本站點＼淡水二層燈3=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==19） ＼＼本站點＼淡水二層燈4=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數器==22） ＼＼本站點＼淡水二層燈5=1;

if（＼＼本站點＼淡水館計數器>=23）

{ ＼＼本站點＼淡水館全開=0;

＼＼本站點＼淡水館計數器=0;

}

}

if（＼＼本站點＼淡水館全關==1）

{ ? ＼＼本站點＼淡水館計時器2=＼＼本站點＼淡水館計時器2+1;

if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==1） ? ＼＼本站點＼淡水一層燈1=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==4） ＼＼本站點＼淡水一層燈2=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==7） ＼＼本站點＼淡水一層燈3=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==10） ＼＼本站點＼淡水二層燈1=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==13） ＼＼本站點＼淡水二層燈2=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==16） ＼＼本站點＼淡水二層燈3=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==19） ＼＼本站點＼淡水二層燈4=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==22） ＼＼本站點＼淡水二層燈5=0;

if（＼＼本站點＼淡水館計時器2>=23）

{ ＼＼本站點＼淡水館全關=0;

＼＼本站點＼淡水館計時器2=0;

}

}

通過程序的編寫，完全能夠實現按鈕開關燈以及定時開關燈的功能，達到了設計的目的。

2 ?結束語

本文從實際出發，通過改造以前傳統照明配電控制，從智能照明系統的硬件選擇、物聯網設備的選型以及系統軟件設計，詳細地說明了此套智能照明系統的原理與實際應用、智能照明系統的應用，進一步減輕了一線人員工作的勞動強度，有利于加強科技場館的設備管理能力，并提高了場館設備的智能化水平。

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