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智能照明系統(tǒng)方案開發(fā)
20世紀90年代初，隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，人們對于工作生活環(huán)境、能源節(jié)約更高的要求，在一些建筑物中的重要場所，簡單的開關控制已不能滿足需求，從而產(chǎn)生了智能照明控制方式。照明控制已不再簡單歸屬于樓宇自動化系統(tǒng)。所謂智能照明控制，就是根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時間、室內(nèi)外亮度或該區(qū)域的用途來自動控制照明設備，并能夠?qū)崿F(xiàn)集中統(tǒng)一管理與監(jiān)控的功能，結(jié)合現(xiàn)代照明技術(shù)與照明藝術(shù)，科學地管理照明設備，讓人們不僅在照明技術(shù)參數(shù)指標方面達到標準的要求，而且在舒適、明亮并富有藝術(shù)魅力的照明環(huán)境工作和生活。
樓宇自動化系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對照明的分區(qū)自動控制，但它僅限于對照明回路的開關控制。智能照明控制系統(tǒng)以環(huán)境調(diào)光為特色，用弱電的數(shù)字信號來調(diào)節(jié)強電的模擬電壓輸出，使照明亮度連續(xù)可調(diào)，同時，又利用計算機可存儲的特點，將設定的照明參數(shù)、時間參數(shù)預先存儲起來，達到可預置場景調(diào)光以及完成前面提到的各種控制功能。為了能更好地了解智能照明的相關技術(shù)，我們必須先建立起有關智能照明控制和傳統(tǒng)照明控制的一些概念。
一、智能照明系統(tǒng)簡介
智能照明控制系統(tǒng)是包括了強電和弱電控制的一體化、不可分割的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)是典型的強電控制系統(tǒng)，它的選型配置首先取決于照明回路的數(shù)量、負載的容量、負載的類型，這決定了系統(tǒng)的投資主體。它的安裝、調(diào)試也都必須與照明供電及負載回路緊密結(jié)合。樓宇自動化系統(tǒng)中的照明控制是通過計算機發(fā)出控制信號，執(zhí)行端用接觸器控制照明回路，是一個典型的弱電控制強電的系統(tǒng)。智能照明控制在智能建筑中的定位是比較靈活的，當它作為獨立的照明控制系統(tǒng)出現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)獨立的照明控制，也可以提供與樓宇自動化系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)弱電系統(tǒng)對照明的控制，當它作為樓宇自動化系統(tǒng)的一部分出現(xiàn)時，照明系統(tǒng)又有較大的獨立性，完全可以脫離智能建筑系統(tǒng)獨立工作。所以，無論是把智能照明控制系統(tǒng)劃歸“強電”還是劃歸“弱電”，必須要注意到客觀上它與強弱電各方的關系。
二、智能照明系統(tǒng)的應用領域
智能照明和一般常規(guī)照明相結(jié)合、智能照明和樓宇自動化系統(tǒng)相結(jié)合。如果將一個建筑物的所有場所都納入智能照明控制系統(tǒng)，這樣從造價、實用性等多方面考慮都是不可能的和不現(xiàn)實的。一般講，像賓館大堂、展覽大廳、體育館、報告廳和多功能廳等大型場所，宴會廳、電視電話會議室、多媒體交流廳以及指揮中心等中型場所，貴賓接待室、小會議室、領導辦公室等小型場所，以及景觀照明場所等，都是納入智能照明控制系統(tǒng)的首選場所。
智能照明應該突出降低電能消耗的功能。除了上面提到的智能照明場所外，從降低照明電能消耗方面考慮，應對道路照明、公共場所等的照明采用智能照明控制，以降低電能消耗。
三、智能照明系統(tǒng)的功能特點
（1）集中控制和多點操作功能。在任何一個終端均可控制不同位置的燈具，或者是在不同的終端可以控制同一盞燈。使用各種方式管理燈光控制系統(tǒng)，用戶可以使用最簡便的方法在任意時候、任意地點控制自己房間中的設備。
（2）軟啟動和軟關斷功能。白熾燈的燈絲處于冷態(tài)時的電阻值要比熱態(tài)時小很多。據(jù)測算，燈絲啟動電流可以達到工作電流的14倍以上。僅僅用開關方式把燈打開，燈絲中將通過非常大的電流，造成沖擊，這就是很多白熾燈在開燈的瞬間容易燒壞的原因。
通過把燈慢慢地調(diào)亮到設定的水平，稱為軟啟動，燈光慢慢地熄滅稱為軟關斷。開燈時，燈光由暗漸漸變亮；關燈時，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個緩沖，保護眼睛，而且避免大電流和高溫的突變對燈絲的沖擊，保護燈泡，延長燈具的使用壽命。
（3）能成功抑制電網(wǎng)的浪涌電壓。具備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。結(jié)合照明燈具的軟啟動和軟關斷，可以延長燈泡的壽命。降低燈泡的亮度也可以延長燈泡的壽命。減低10%的亮度，燈泡可以延長1倍的壽命，而減少50%，可以延長到20倍。
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，可以降低照明系統(tǒng)的運行費用，管理維護也簡單。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。
（4）燈光明暗調(diào)節(jié)功能。無論是在會客、看電視、聽音樂或與家人在一起或獨自思考，調(diào)節(jié)不同燈光的亮度，更能創(chuàng)造舒適、寧靜、和諧、溫馨的氣氛，可以通過本地開關來進行光的調(diào)亮和調(diào)暗，也可以利用集中控制器或者是遙控器，只需要按鍵或進入功能設置，就可以調(diào)節(jié)光的明暗亮度，達到預期的照明效果。
（5）全開全關和記憶功能。整個照明系統(tǒng)的燈可以實現(xiàn)一鍵全開和一鍵全關的功能。當在入睡或者是離家之前，按一下全關按鈕，全部的照明設備將全部關閉。
（6）定時控制功能。通過日程管理模塊，實現(xiàn)對燈光的定時開關。例如，辦公樓可以根據(jù)工作的前后、休息、打掃等不同時間段，執(zhí)行時間照明控制程序，對辦公室、過道、走廊的燈光進行統(tǒng)一地管理，既節(jié)約能源，又便于管理。例如在起居室中，可根據(jù)時間設定23:00后，場景照明自動切換到睡前場景照明。睡覺前還可以從集中顯示器中查看各房間的燈是否關閉。
（7）場景設置。對于固定模式的場景無需逐一開關燈和調(diào)光，只進行一次編程，就可以按一個鍵控制一組燈，這就是場景設置功能。只需一次輕觸操作即可實現(xiàn)多路燈光場景的轉(zhuǎn)換，還可以得到想要的燈光和電器的組合場景。智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的“預設置”控制方式和控制組件，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亮到要求的亮度，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。
（8）本地開關?？梢园凑掌匠５牧晳T直接控制本地的燈光。根據(jù)需求，開關可以任意設定所需控制對象，比如門廳的按鈕可以用來關閉所有的燈光，既節(jié)能、安全，又非常方便。
（9）紅外、無線遙控。在任一個房間，用紅外手持遙控器控制所有聯(lián)網(wǎng)燈具(無論燈具是否處在本房間內(nèi))的開關狀態(tài)和調(diào)光狀態(tài)，不需要進入房間后開燈，在進入任一間居室前就可以用遙控器打開燈光。
（10）遠程公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡控制。通過任何一部普通電話或手機，實現(xiàn)對燈光或場景的遠程控制。該功能可以模擬主人不在家的燈光狀況，以迷惑可能出現(xiàn)的竊賊。
（11）照明系統(tǒng)還有停電自鎖的功能。當家里停電，來電以后所有的燈將保持熄滅狀態(tài)。智能照明系統(tǒng)還能夠和安防系統(tǒng)聯(lián)動。當有警情發(fā)生時候，設置在家里陽臺上的燈會不停閃爍報警。
四、智能照明的系統(tǒng)組成
智能照明控制系統(tǒng)由控制對象與控制器通過網(wǎng)絡組成。整個系統(tǒng)由三部分組成:現(xiàn)場控制單元、現(xiàn)場檢測單元、信號傳輸及系統(tǒng)管理單元，智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1、智能照明系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元
現(xiàn)場控制單元包括智能開關/繼電器、調(diào)光器、可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器、智能燈具、控制面板、時鐘管理器等控制裝置?？刂蒲b置應具有光源軟啟動、熱態(tài)自動延時啟動、軟關斷、電源電壓浪涌限制等保護功能、狀態(tài)參數(shù)檢測的檢測功能及電源異常狀態(tài)時啟動應急照明功能。
（1）智能繼電器：智能繼電器用來直接控制照明設備供電線路的開啟與關閉，它是一種執(zhí)行裝置。6路智能開關模塊接線示意圖如圖2所示。通過RS-485網(wǎng)絡接收智能主機或智能控制面板，經(jīng)過微控制器的控制程序分析、解碼、計算后來驅(qū)動各路繼電器線圈，從而達到控制繼電器吸合與斷開的目的。它具有本地手動開啟、輸出狀態(tài)顯示、場景模式存儲等功能。
（2）調(diào)光控制器：調(diào)光模塊是控制系統(tǒng)中的主要設備。它的主要功能是對不同功能的燈具進行配電、無級連續(xù)調(diào)光和開關控制。能適應電源電壓、頻率的變化，具有抑制電磁干擾，改善電源電壓輸出波形，防止高啟動電流和熱沖擊，以及通過軟啟動特性和軟關斷技術(shù)來保護燈具、延長燈具壽命。調(diào)光控制又分為:前沿相控調(diào)光方式(可控硅調(diào)光控制器)、后沿調(diào)光控制方式(MOS管調(diào)光器)、正弦波電壓變換調(diào)光器以及可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器是采用調(diào)頻或脈寬調(diào)制(PWM)方式，調(diào)節(jié)熒光燈燈管的輸入功率，從而達到改變熒光燈輸出光通的目的。目前熒光燈可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器己較成熟，金鹵燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器還在發(fā)展中，目前已推出的是配陶瓷金鹵燈的，功率在400 W以下。六路熒光燈調(diào)光模塊接線示意圖如圖3所示。
（3）控制面板：智能照明中的控制面板相當于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中的照明開關，安裝在便于操作的地方。人們可以通過操作控制面板上的按鈕，來啟動照明系統(tǒng)中的燈光控制回路組合或調(diào)用預設置和記憶在調(diào)光模塊和開關模塊中的某個燈光場景，實現(xiàn)系統(tǒng)中由不同的照明回路、不同的亮暗搭配而成的燈光效果。
（4）時鐘管理器：用于一周或一年內(nèi)復雜照明事件和任務的時序設定，可對客廳、餐廳、臥室、洗手間、走廊、景觀照明等系統(tǒng)具有周期性控制特點的場所實施時序控制。一臺時鐘管理器可管理多個區(qū)域，每個區(qū)域可有多個回路、多個場景。此外，還有液晶顯示觸摸屏。
2、智能照明系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測單元
主要包括智能傳感器、電壓、電流檢測單元等，是系統(tǒng)中實現(xiàn)照明智能管理的自動信息傳感元件，具有動靜檢測、照度動態(tài)檢測和接收紅外線遙控三種功能。不同的控制策略采用不同的傳感器。
（1）光電傳感器：采用光電池將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，但其輸出信號一般較小，必須加調(diào)理電路，可利用來檢測環(huán)境的照度或亮度，根據(jù)預先設定的照度(亮度)值來控制燈的開關或調(diào)光。
（2）靜動傳感器：①無源紅外傳感器，可探測運動的人員發(fā)出的熱量(紅外)變化；②超聲波傳感器，可探測由移動人員的反射產(chǎn)生多普勒效應引起的頻率改變；③無源紅外與超聲波結(jié)合的傳感器。由于無源紅外傳感器有檢測死區(qū)，超聲波傳感器非常敏感易受干擾，源紅外與超聲波結(jié)合的傳感器是將兩者結(jié)合的雙項技術(shù)傳感器，做到了功能互補、克服了兩種傳感器的不足，能夠完成事先不可預知的使用要求。
3、智能照明系統(tǒng)的信息傳輸系統(tǒng)
智能照明控制系統(tǒng)與工業(yè)自動控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上基本相同，大致可分為監(jiān)控層和現(xiàn)場層。各層之間通過網(wǎng)絡進行信息交換，實現(xiàn)各種照明控制。與工業(yè)控制系統(tǒng)大量使用標準的現(xiàn)場總線協(xié)議不同，智能照明更加注重照明產(chǎn)品的功能化和專業(yè)化，各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品更多采用自主的總線技術(shù)和通信協(xié)議。
五、智能照明系統(tǒng)方案總結(jié)
智能照明控制系統(tǒng)是一個由中央控制器、主通信干線、分支、信息接口及控制終端等部分構(gòu)成的對各照明區(qū)域控制和信號采樣的網(wǎng)絡系統(tǒng)。智能照明的控制終端由各類調(diào)光模塊、控制面板、照度動態(tài)檢測器及動靜探測器等元件構(gòu)成，對各區(qū)域分別實施不同的具體控制，主控制器和終端之間通過信息接口等連接，實現(xiàn)控制信息的傳輸。智能照明控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對照明系統(tǒng)的集中或分散式的控制，實現(xiàn)了對燈具的合理使用，對于節(jié)約用電、提高照明質(zhì)量、延長燈具壽命、減少導線使用都具有現(xiàn)實意義。
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