智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1引言隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)工作和生活環(huán)境的要求越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)照明系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。照明領(lǐng)域的能源消耗在總的能源消耗中占了相當(dāng)大的比例，節(jié)約能源和提高照明質(zhì)量是當(dāng)務(wù)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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shù)受到了強(qiáng)烈沖擊。一方面，由于信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)照明技術(shù)的變化提供了技術(shù)支撐；另一方面，由于能源的緊缺，國(guó)家對(duì)照明節(jié)能越來(lái)越重視，新型的照明技術(shù)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(jìn)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(jié)構(gòu)，通過(guò)五類(lèi)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(gè)照明控制網(wǎng)絡(luò)，它可以作為整個(gè)建筑物自動(dòng)化管理系統(tǒng)（BA系統(tǒng)）2的，一個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)軟件接入BA系統(tǒng)，也能作為獨(dú)立系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，在照明控制實(shí)現(xiàn)手段上更專(zhuān)業(yè)、更靈活，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種照明燈的調(diào)光控制或開(kāi)關(guān)控制，是實(shí)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(duì)白熾燈、日光燈(專(zhuān)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(duì)照明的要求。適用范圍有:大型公共建筑,如會(huì)展中心、航站樓、客運(yùn)站、體育場(chǎng)館、大型商場(chǎng)等;博物館、美術(shù)館、圖書(shū)館等文化建筑和教學(xué)建筑;星級(jí)酒店和高檔寫(xiě)字樓的宴

3、會(huì)廳、多功能廳、會(huì)議室、大堂、走道等場(chǎng)所。通過(guò)采用智能照明系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)以下控制功能: (1)時(shí)鐘控制:通過(guò)時(shí)間設(shè)定實(shí)現(xiàn)各照明區(qū)域的不同控制。 (2)調(diào)光控制:通過(guò)照度探測(cè)器和調(diào)光模塊,達(dá)到各區(qū)域照度值始終在預(yù)先設(shè)定值范圍。 (3)區(qū)域場(chǎng)景控制:通過(guò)控制面板和調(diào)光模塊,實(shí)現(xiàn)各照明區(qū)域的場(chǎng)景切換控制。 (4)動(dòng)靜探測(cè)控制:通過(guò)動(dòng)靜探測(cè)器和調(diào)光/開(kāi)關(guān)模塊,實(shí)現(xiàn)各照明區(qū)域的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。 (5)手動(dòng)遙控器控制;通過(guò)紅外線遙控器,實(shí)現(xiàn)在正常狀態(tài)下各區(qū)域內(nèi)的照明燈具的手動(dòng)控制和區(qū)域場(chǎng)景控制。(6)應(yīng)急照明控制:系統(tǒng)對(duì)特殊區(qū)域內(nèi)的應(yīng)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(jì)算機(jī)控

4、制平臺(tái)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(guò)網(wǎng)絡(luò)總線直接通信，利用總線使照明、調(diào)光、百葉窗、場(chǎng)景、控制等實(shí)現(xiàn)智能化，并成為一個(gè)完整的總線系統(tǒng)?？梢罁?jù)外部環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)總線中設(shè)備的狀態(tài)，達(dá)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(guò)計(jì)算機(jī)重新編程來(lái)增加或修改系統(tǒng)的功能，而無(wú)須重新敷設(shè)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(wú)法做到的。 智能照明的系統(tǒng)通常主要由調(diào)光模塊、開(kāi)關(guān)模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、PC接口、時(shí)間管理模塊、手持式編程器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)（大型網(wǎng)絡(luò)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(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)特點(diǎn)：負(fù)載回路連線接到輸出單元的輸出端，控制開(kāi)關(guān)用五類(lèi)線與輸出單元相連。負(fù)載容量較大時(shí)僅考慮加大輸出單元容量，控制開(kāi)關(guān)不受影響；開(kāi)關(guān)距離較遠(yuǎn)時(shí)，只須加長(zhǎng)控制總線的長(zhǎng)度，節(jié)省大截面電纜用量；可通過(guò)軟件設(shè)置多種功能（開(kāi)/ 關(guān)、調(diào)光、定時(shí)等）?？偩€式智能照明系統(tǒng)雙控電路特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)雙控時(shí)只需簡(jiǎn)單地在控制總線上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)即可；進(jìn)行多點(diǎn)控制時(shí)，依次并聯(lián)多個(gè)開(kāi)關(guān)即可，開(kāi)關(guān)之間僅用一條五類(lèi)線連接，線路安裝簡(jiǎn)單省事?？刂品绞剑褐悄苷彰骺刂疲捎玫蛪憾涡⌒盘?hào)控制，控制功能強(qiáng)、方式多、范圍廣、自動(dòng)化程度高，通過(guò)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的預(yù)設(shè)置和記憶功能，操作時(shí)只須按一下控制面板上某一個(gè)鍵即可啟動(dòng)一個(gè)燈光場(chǎng)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(dòng)變換到相應(yīng)的狀態(tài)。上述功能也可以通過(guò)其他界面如遙控器等實(shí)現(xiàn)。照明方式：智能照明控制系統(tǒng)采用“調(diào)光模塊”，通過(guò)燈光的調(diào)光在不同使用場(chǎng)合產(chǎn)生不同燈光效果，營(yíng)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(duì)照明的管理是人為化的管理；智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能源管理自動(dòng)化，通過(guò)分布式網(wǎng)絡(luò)，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)整幢大樓的管理。4智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 所謂智能照明控制系統(tǒng)，其實(shí)根據(jù)某一區(qū)域的功能，每天不同的時(shí)間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來(lái)自動(dòng)控制照明。其中最重要的一點(diǎn)就是可進(jìn)行預(yù)設(shè)，即具有將照明亮度轉(zhuǎn)換為一系列設(shè)置的功能。這些設(shè)置也

7、成為場(chǎng)景，可有調(diào)光器或中央建筑空股指系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用。84.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)為分布式結(jié)構(gòu)。通訊方式以無(wú)線方式為主,輔助以電力載波。整個(gè)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī),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(jié)構(gòu)圖 圖3 前端區(qū)域組成示意圖 一個(gè)主控制器控制多個(gè)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(gè)單元調(diào)光控制器通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)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(duì)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(xué)習(xí)功能。用戶可根據(jù)自己的需要,自己設(shè)定遙控器上每一個(gè)按鍵的功能,甚至可以一鍵多控。主控制器通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊對(duì)各單元調(diào)光控制器。主控制器可以對(duì)每一個(gè)單元調(diào)光控制器進(jìn)行照度、情景模式等設(shè)定,并記錄和顯示設(shè)定值。各單元調(diào)光控制器通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)圖中的“可調(diào)時(shí)間t”,來(lái)控制一個(gè)周期內(nèi)燈的得電時(shí)間,從而調(diào)節(jié)燈的亮度。單元調(diào)光控制器可以通過(guò)無(wú)線接收模塊接受主控制器的控制,通過(guò)對(duì)遙控器的學(xué)習(xí)后,也可以直接接受手持遙控器的控制。傳統(tǒng)機(jī)械式開(kāi)關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)是控火線。為了安裝方便,并可以直接替代傳統(tǒng)機(jī)械

9、式開(kāi)關(guān),而無(wú)須修改室內(nèi)線路,單元控制器要設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) （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(diǎn)和要求區(qū)別對(duì)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(duì)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(jìn)行智能調(diào)光，給需要的地方、在需要的時(shí)間以充分的照明。及時(shí)關(guān)掉不需要的燈具，充分利用自然光，其運(yùn)行節(jié)能效果充分。實(shí)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(fèi)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(diǎn)

10、和要求區(qū)別對(duì)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(gè)主要原因是電網(wǎng)的電壓，過(guò)高的工作會(huì)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(dòng)可以延長(zhǎng)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(huì)因上述原因損壞。同時(shí)系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷技術(shù)，避免了開(kāi)啟燈具時(shí)電流對(duì)燈絲的熱沖擊，使得燈具壽命進(jìn)一步延長(zhǎng)。從而減少更換燈具的工作量，降低照明系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。通過(guò)上述方法，光源的壽命通常可延長(zhǎng)24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(yīng)將門(mén)窗開(kāi)大，采用透光率較好的玻璃門(mén)窗，以達(dá)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(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)照度進(jìn)行燈光自動(dòng)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(yīng)采用高效光源及高效燈具，對(duì)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(dòng)控制開(kāi)停方式，可達(dá)到照明節(jié)能的效果。 可調(diào)節(jié)有控光功能的建筑設(shè)備(如百頁(yè)窗簾)來(lái)調(diào)節(jié)控制天然光，還可以和燈光系統(tǒng)連動(dòng)。當(dāng)天氣發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)論在什么場(chǎng)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(yù)先設(shè)定的水平。智能照明控制系統(tǒng)可采用全自動(dòng)狀態(tài)工作。系統(tǒng)有若干個(gè)基本狀態(tài)，這些狀態(tài)會(huì)按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間相互自動(dòng)切換，并將照度自動(dòng)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(dāng)光源

12、端電壓升高時(shí)，電耗增加；設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮穩(wěn)定電壓措施，如采用照明專(zhuān)用變壓器，并且必要時(shí)自動(dòng)穩(wěn)壓；和電力負(fù)荷共用變壓器時(shí)，應(yīng)避開(kāi)沖擊性負(fù)荷對(duì)照明的影響。2）提高COS；3）降低線路阻抗，適當(dāng)加大截面；4）合理的控制方式，如微機(jī)自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈，調(diào)壓、調(diào)光方控，還有對(duì)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(yáng)能是一種取之不竭、用之不盡的綠色光源。但對(duì)其只能進(jìn)行即時(shí)利用卻不能用于儲(chǔ)存。我們可通過(guò)對(duì)各種集光裝置的運(yùn)用來(lái)完成對(duì)太陽(yáng)能的采光。通過(guò)對(duì)照明的空調(diào)一體化技術(shù)(實(shí)質(zhì)上是經(jīng)過(guò)空調(diào)型照明裝置與建筑構(gòu)造的整合,達(dá)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(shù))的實(shí)施來(lái)完成對(duì)太陽(yáng)能的儲(chǔ)存,從而達(dá)到對(duì)可再生資源的很好利用。4.3 設(shè)計(jì)步驟 （1）選用適當(dāng)技術(shù)規(guī)格的控制器 按電光源性質(zhì)和場(chǎng)地照明效果設(shè)計(jì)的燈光布置進(jìn)行回路的分類(lèi)或分組，形成邏輯上可獨(dú)立控制的燈路。 計(jì)算每條回路的實(shí)際視在功率并統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)總回路數(shù)。 按計(jì)算出的功率和回路數(shù)選擇相應(yīng)型號(hào)、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(kāi)關(guān)面板相似。不同的是控制面板上的每個(gè)按鈕能完成各種不同的智能任務(wù)，并不受控制區(qū)域范圍限制。 （3）形成分布式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 用一條五類(lèi)通信線將區(qū)域內(nèi)的

14、所有控制面板，輔件和開(kāi)關(guān)控制器等連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)分布式控制網(wǎng)絡(luò)。 選配系統(tǒng)其它控制輔件。 將每一個(gè)實(shí)際控制區(qū)域或系統(tǒng)設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)選用的控制面板，控制輔件和控制器等用五類(lèi)通信線全部按菊花鏈方式互連起來(lái)，構(gòu)成整體的控制系統(tǒng)。4.4結(jié)果和分析主控制器與各單元調(diào)光控制器之間通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞,可以用主控制器對(duì)各單元實(shí)施控制,也可以通過(guò)遙控器對(duì)各單元實(shí)施控制。應(yīng)用無(wú)線智能照明系統(tǒng)不僅不需要考慮控制場(chǎng)景控制器的安裝位置，還不需要敷設(shè)傳統(tǒng)照明所需的控制線及預(yù)埋管。系統(tǒng)因此變得簡(jiǎn)單化，只需要通過(guò)控制程序既能完成控制，不用拉過(guò)多的線去實(shí)現(xiàn)控制，系統(tǒng)簡(jiǎn)化后，還方便了施工，節(jié)省了人工費(fèi)。5智能照明系統(tǒng)應(yīng)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(yù)設(shè)置控制方式和控制元件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)照度的方式，充分利用室外的自然光，只有當(dāng)必需時(shí)才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)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(dá)30%以上。10此外，智能照明控制系統(tǒng)中對(duì)熒光燈等進(jìn)行調(diào)光控制，由于熒光燈采用了有源濾波技術(shù)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(wú)功損耗。 （2)延長(zhǎng)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(yùn)行費(fèi)用，管

16、理維護(hù)也變得簡(jiǎn)單了。無(wú)論是熱輻射光源，還是氣體放電光源，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)是光源損壞的一個(gè)主要原因。因此，有效地抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)可以延長(zhǎng)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(shí)還具備了電壓限定和軛流濾波等功能，避免過(guò)電壓和欠電壓對(duì)光源的損害。采用軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷技術(shù)，避免了沖擊電流對(duì)光源的損害。通過(guò)上述方法，光源的壽命通?？裳娱L(zhǎng)24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(gè)必要條件。良好的設(shè)計(jì)，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(kāi)關(guān)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(shí)，這種控制方式內(nèi)所采用的電氣元件也解決了頻閃效應(yīng)，不會(huì)使人產(chǎn)生不舒適、頭昏腦脹、眼睛疲勞的感覺(jué)。（4）實(shí)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(shù)效果，為建筑增色不少?，F(xiàn)代建筑物中，照明不單純地為滿足人們視覺(jué)上的明暗效果，更應(yīng)具備多種的控制方案，使建筑物更加生動(dòng)，藝術(shù)性更強(qiáng)，給人豐富的視覺(jué)效果和美感。以某工程為例，建筑物內(nèi)的展廳、報(bào)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(shí)間、不同用途、不同的效果，采用相應(yīng)的預(yù)設(shè)置場(chǎng)景進(jìn)行控制，可以達(dá)到豐富的藝術(shù)效果。 （5）管理維護(hù)方便 智能照明控制系統(tǒng)對(duì)照明的控制是以模塊式的自動(dòng)控制為主，