智能照明系統(tǒng)設計

1、智能照明系統(tǒng)的設計1引言隨著人民生活水平的不斷提高，人們對工作和生活環(huán)境的要求越來越高，同時對照明系統(tǒng)的要求也越來越高。照明領域的能源消耗在總的能源消耗中占了相當大的比例，節(jié)約能源和提高照明質(zhì)量是當務之急。照明用電作為電力消耗的重要部分，已經(jīng)占到了電力消耗的10%左右，并且隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，照明用電還將不斷增加。1傳統(tǒng)照明技術受到了強烈沖擊。一方面，由于信息技術和計算機的發(fā)展對照明技術的變化提供了技術支撐；另一方面，由于能源的緊缺，國家對照明節(jié)能越來越重視，新型的照明技術得以迅速發(fā)展，以滿足使用者節(jié)約能源、舒適性、方便性的要求。智能照明系統(tǒng)是最先進的一種照明控

2、制方式，它采用全數(shù)字、模塊化、分布式的系統(tǒng)結構，通過五類控制線將系統(tǒng)中的各種控制功能模塊及部件連接成一個照明控制網(wǎng)絡，它可以作為整個建筑物自動化管理系統(tǒng)（BA系統(tǒng)）2的，一個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡軟件接入BA系統(tǒng)，也能作為獨立系統(tǒng)單獨運行，在照明控制實現(xiàn)手段上更專業(yè)、更靈活，可實現(xiàn)對各種照明燈的調(diào)光控制或開關控制，是實現(xiàn)舒適照明的有效手段，也是節(jié)能的有效措施。智能照明系統(tǒng)可對白熾燈、日光燈(專用鎮(zhèn)流器)、節(jié)能燈、石英燈等多種光源調(diào)光,滿足各種環(huán)境對照明的要求。適用范圍有:大型公共建筑,如會展中心、航站樓、客運站、體育場館、大型商場等;博物館、美術館、圖書館等文化建筑和教學建筑;星級酒店和高檔寫字樓的宴

3、會廳、多功能廳、會議室、大堂、走道等場所。通過采用智能照明系統(tǒng),可實現(xiàn)以下控制功能: (1)時鐘控制:通過時間設定實現(xiàn)各照明區(qū)域的不同控制。 (2)調(diào)光控制:通過照度探測器和調(diào)光模塊,達到各區(qū)域照度值始終在預先設定值范圍。 (3)區(qū)域場景控制:通過控制面板和調(diào)光模塊,實現(xiàn)各照明區(qū)域的場景切換控制。 (4)動靜探測控制:通過動靜探測器和調(diào)光/開關模塊,實現(xiàn)各照明區(qū)域的自動開關控制。 (5)手動遙控器控制;通過紅外線遙控器,實現(xiàn)在正常狀態(tài)下各區(qū)域內(nèi)的照明燈具的手動控制和區(qū)域場景控制。(6)應急照明控制:系統(tǒng)對特殊區(qū)域內(nèi)的應急照明所執(zhí)行的控制。3智能照明控制系統(tǒng)原理與組成 智能照明系統(tǒng)是基于計算機控

4、制平臺的全數(shù)字、模塊化、分布式總線型控制系統(tǒng)。中央處理器、模塊之間通過網(wǎng)絡總線直接通信，利用總線使照明、調(diào)光、百葉窗、場景、控制等實現(xiàn)智能化，并成為一個完整的總線系統(tǒng)?？梢罁?jù)外部環(huán)境的變化自動調(diào)節(jié)總線中設備的狀態(tài)，達到安全、節(jié)能、人性化的效果，并能在今后的使用中根據(jù)用戶的要求通過計算機重新編程來增加或修改系統(tǒng)的功能，而無須重新敷設電纜，智能照明控制系統(tǒng)的可靠性高，控制靈活，是傳統(tǒng)的照明控制方式所無法做到的。 智能照明的系統(tǒng)通常主要由調(diào)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、時間管理模塊、手持式編程器、監(jiān)控計算機（大型網(wǎng)絡需網(wǎng)橋連接）等部件組成。 線路系統(tǒng)：總線式智能照

5、明簡單的開關特點：負載回路連線接到輸出單元的輸出端，控制開關用五類線與輸出單元相連。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(jié)省大截面電纜用量；可通過軟件設置多種功能（開/ 關、調(diào)光、定時等）。總線式智能照明系統(tǒng)雙控電路特點：實現(xiàn)雙控時只需簡單地在控制總線上并聯(lián)一個開關即可；進行多點控制時，依次并聯(lián)多個開關即可，開關之間僅用一條五類線連接，線路安裝簡單省事。控制方式：智能照明控制，采用低壓二次小信號控制，控制功能強、方式多、范圍廣、自動化程度高，通過實現(xiàn)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

6、回路不同的亮暗搭配組成一種燈光效果），各照明回路隨即自動變換到相應的狀態(tài)。上述功能也可以通過其他界面如遙控器等實現(xiàn)。照明方式：智能照明控制系統(tǒng)采用“調(diào)光模塊”，通過燈光的調(diào)光在不同使用場合產(chǎn)生不同燈光效果，營造出不同的舒適的氛圍。圖1 總線制智能照明控制系統(tǒng)管理方式：傳統(tǒng)控制對照明的管理是人為化的管理；智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)能源管理自動化，通過分布式網(wǎng)絡，只需一臺計算機就可實現(xiàn)對整幢大樓的管理。4智能照明系統(tǒng)的設計 所謂智能照明控制系統(tǒng)，其實根據(jù)某一區(qū)域的功能，每天不同的時間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來自動控制照明。其中最重要的一點就是可進行預設，即具有將照明亮度轉換為一系列設置的功能。這些設置也

7、成為場景，可有調(diào)光器或中央建筑空股指系統(tǒng)自動調(diào)用。84.1控制系統(tǒng)設計 系統(tǒng)為分布式結構。通訊方式以無線方式為主,輔助以電力載波。整個系統(tǒng)包括計算機,嵌入式控制器,電力線載波中繼,前端區(qū)域。如圖2所示。其中,前端包括主控制器,若干單元調(diào)光控制器,電力線載波中繼,以及遙控器。如圖3所示。 圖2 智能照明控制系統(tǒng)結構圖 圖3 前端區(qū)域組成示意圖 一個主控制器控制多個單元調(diào)光控制器,各單元調(diào)光控制器也可自主控制。主控制器控制與多個單元調(diào)光控制器通過無線方式進行數(shù)據(jù)交換,輔助以電力線載波中繼。其中,遙控器的控制方式靈活多樣,既可遙控主控制器,也可對某單元調(diào)光控制器直接控制。單元控制器與主控制器都具有遙

8、控器學習功能。用戶可根據(jù)自己的需要,自己設定遙控器上每一個按鍵的功能,甚至可以一鍵多控。主控制器通過無線發(fā)射模塊對各單元調(diào)光控制器。主控制器可以對每一個單元調(diào)光控制器進行照度、情景模式等設定,并記錄和顯示設定值。各單元調(diào)光控制器通過光敏元件感知照度,可直接控制燈具的照度或亮度。其調(diào)光方式為前端斬波。如圖4所示。 圖4如圖4所示,控制器中的MCU通過調(diào)節(jié)圖中的“可調(diào)時間t”,來控制一個周期內(nèi)燈的得電時間,從而調(diào)節(jié)燈的亮度。單元調(diào)光控制器可以通過無線接收模塊接受主控制器的控制,通過對遙控器的學習后,也可以直接接受手持遙控器的控制。傳統(tǒng)機械式開關控制標準是控火線。為了安裝方便,并可以直接替代傳統(tǒng)機械

9、式開關,而無須修改室內(nèi)線路,單元控制器要設計為“單線制”取電模式。即只要接上火線與燈就可以正常工作,不用接零線。4.2電氣節(jié)能設計 （1）光源選擇照明器的控制要根據(jù)各房間使用的不同特點和要求區(qū)別對待，盡可能做到使用方便，又為節(jié)電創(chuàng)造條件。智能照明控制系統(tǒng)能對大多數(shù)燈具(包括白熾燈、日光燈、配以特殊鎮(zhèn)流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等)進行智能調(diào)光，給需要的地方、在需要的時間以充分的照明。及時關掉不需要的燈具，充分利用自然光，其運行節(jié)能效果充分。實現(xiàn)智能照明控制一般可以節(jié)約2040%的電能，不但降低了用戶電費支出，也減輕了供電壓力。9 （2）改善照明器的控制器 照明器的控制，要根據(jù)各房間使用的不同特點

10、和要求區(qū)別對待，盡可能做到使用方便，又為節(jié)電創(chuàng)造條件。燈具損壞的一個主要原因是電網(wǎng)的電壓，過高的工作會使燈具的壽命大大降低。因此，有效地抑制電網(wǎng)電壓的波動可以延長光源的壽命。智能照明控制系統(tǒng)可以成功地抑制電網(wǎng)的沖擊電壓和浪涌電壓，使燈具不會因上述原因損壞。同時系統(tǒng)采用軟啟動和軟關斷技術，避免了開啟燈具時電流對燈絲的熱沖擊，使得燈具壽命進一步延長。從而減少更換燈具的工作量，降低照明系統(tǒng)的運行費用。通過上述方法，光源的壽命通?？裳娱L24倍。 （3）充分利用自然光 建筑物內(nèi)盡量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面積，應將門窗開大，采用透光率較好的玻璃門窗，以達到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光

11、的這部分的照明，可采用按照度標準檢測現(xiàn)場照度進行燈光自動調(diào)節(jié)。照明節(jié)能中，在滿足照度、光色、顯色指數(shù)要求下，應采用高效光源及高效燈具，對能利用自然光部分的燈具或可變照度的照明采用成組分片的自動控制開停方式，可達到照明節(jié)能的效果。 可調(diào)節(jié)有控光功能的建筑設備(如百頁窗簾)來調(diào)節(jié)控制天然光，還可以和燈光系統(tǒng)連動。當天氣發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)，無論在什么場所或天氣如何變化，系統(tǒng)均能保證室內(nèi)的照度維持在預先設定的水平。智能照明控制系統(tǒng)可采用全自動狀態(tài)工作。系統(tǒng)有若干個基本狀態(tài)，這些狀態(tài)會按預先設定的時間相互自動切換，并將照度自動調(diào)整到最適宜的水平。 （4）照明配電選擇照明配電1）穩(wěn)定電壓；當光源

12、端電壓升高時，電耗增加；設計中應考慮穩(wěn)定電壓措施，如采用照明專用變壓器，并且必要時自動穩(wěn)壓；和電力負荷共用變壓器時，應避開沖擊性負荷對照明的影響。2）提高COS；3）降低線路阻抗，適當加大截面；4）合理的控制方式，如微機自動開關燈，調(diào)壓、調(diào)光方控，還有對道路燈（鈉燈）采用恒功率輸入，恒光通輸出，采用后半夜降低燈端電壓或燈功率，以降低光輸出，節(jié)約輸入電能等。（5）利用可再生能源。太陽能是一種取之不竭、用之不盡的綠色光源。但對其只能進行即時利用卻不能用于儲存。我們可通過對各種集光裝置的運用來完成對太陽能的采光。通過對照明的空調(diào)一體化技術(實質(zhì)上是經(jīng)過空調(diào)型照明裝置與建筑構造的整合,達到提高照明質(zhì)量

13、、節(jié)約電力能源和優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境的一種建筑化照明技術)的實施來完成對太陽能的儲存,從而達到對可再生資源的很好利用。4.3 設計步驟 （1）選用適當技術規(guī)格的控制器 按電光源性質(zhì)和場地照明效果設計的燈光布置進行回路的分類或分組，形成邏輯上可獨立控制的燈路。 計算每條回路的實際視在功率并統(tǒng)計系統(tǒng)總回路數(shù)。 按計算出的功率和回路數(shù)選擇相應型號、規(guī)格和數(shù)量的控制器。 將確定的控制器繪入圖紙。 （2）選擇用戶要求使用的控制面板用戶控制面板的操作方式與常規(guī)使用的開關面板相似。不同的是控制面板上的每個按鈕能完成各種不同的智能任務，并不受控制區(qū)域范圍限制。 （3）形成分布式控制網(wǎng)絡系統(tǒng) 用一條五類通信線將區(qū)域內(nèi)的

14、所有控制面板，輔件和開關控制器等連接起來構成一個分布式控制網(wǎng)絡。 選配系統(tǒng)其它控制輔件。 將每一個實際控制區(qū)域或系統(tǒng)設計區(qū)域內(nèi)選用的控制面板，控制輔件和控制器等用五類通信線全部按菊花鏈方式互連起來，構成整體的控制系統(tǒng)。4.4結果和分析主控制器與各單元調(diào)光控制器之間通過無線方式進行數(shù)據(jù)的傳遞,可以用主控制器對各單元實施控制,也可以通過遙控器對各單元實施控制。應用無線智能照明系統(tǒng)不僅不需要考慮控制場景控制器的安裝位置，還不需要敷設傳統(tǒng)照明所需的控制線及預埋管。系統(tǒng)因此變得簡單化，只需要通過控制程序既能完成控制，不用拉過多的線去實現(xiàn)控制，系統(tǒng)簡化后，還方便了施工，節(jié)省了人工費。5智能照明系統(tǒng)應用潛力

15、分析（1)良好的節(jié)能效果 采用智能照明控制系統(tǒng)的主要目的是節(jié)約能源，智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的預設置控制方式和控制元件，對不同時間不同環(huán)境的光照度進行精確設置和合理管理，實現(xiàn)節(jié)能。這種自動調(diào)節(jié)照度的方式，充分利用室外的自然光，只有當必需時才把燈點亮或點到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯，一般可達30%以上。10此外，智能照明控制系統(tǒng)中對熒光燈等進行調(diào)光控制，由于熒光燈采用了有源濾波技術的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，降低了諧波的含量，提高了功率因數(shù)，降低了低壓無功損耗。 （2)延長光源壽命。不僅可以節(jié)省大量資金，而且大大減少更換燈管的工作量，降低了照明系統(tǒng)的運行費用，管

16、理維護也變得簡單了。無論是熱輻射光源，還是氣體放電光源，電網(wǎng)電壓的波動是光源損壞的一個主要原因。因此，有效地抑制電網(wǎng)電壓的波動可以延長光源的壽命。智能照明控制系統(tǒng)能成功地抑制電網(wǎng)的浪涌電壓，同時還具備了電壓限定和軛流濾波等功能，避免過電壓和欠電壓對光源的損害。采用軟啟動和軟關斷技術，避免了沖擊電流對光源的損害。通過上述方法，光源的壽命通?？裳娱L24倍。（3）改善工作環(huán)境，提高工作效率 良好的工作環(huán)境是提高工作效率的一個必要條件。良好的設計，合理地選用光源、燈具及優(yōu)良的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質(zhì)量。智能照控制系統(tǒng)以調(diào)光模塊控制面板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平開關控制燈具，可以有效地控制各房間內(nèi)整體的照度值，從而提高照度均勻性。同時，這種控制方式內(nèi)所采用的電氣元件也解決了頻閃效應，不會使人產(chǎn)生不舒適、頭昏腦脹、眼睛疲勞的感覺。（4）實現(xiàn)多種照明效果 多種照明控制方式，可以使同一建筑物具備多種藝術效果，為建筑增色不少。現(xiàn)代建筑物中，照明不單純地為滿足人們視覺上的明暗效果，更應具備多種的控制方案，使建筑物更加生動，藝術性更強，給人豐富的視覺效果和美感。以某工程為例，建筑物內(nèi)的展廳、報告廳、大堂、中庭等，如果配以智能照明控制系統(tǒng)，按其不同時間、不同用途、不同的效果，采用相應的預設置場景進行控制，可以達到豐富的藝術效果。 （5）管理維護方便 智能照明控制系統(tǒng)對照明的控制是以模塊式的自動控制為主，