书城家庭家居智能照明控制系统
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第25章 智能照明控制系统原理(2)

4.2.2智能照明控制系统的基本类型

按照控制系统的控制功能和作用范围,照明控制系统可以分为以下几类:

1)点(灯)控制型

点(灯)控制就是指可以直接对某盏灯进行控制的系统或设备。早期的照明控制系统和家庭照明控制系统及普通的室内照明控制系统基本上都采用点(灯)控制方式,这种控制方式结构简单,仅使用一些电器开关、导线及组合就可以完成灯的控制功能,是目前使用最为广泛和最基本的照明控制系统,是照明控制系统的基本单元。

2)区域控制型

区域控制型照明控制系统是指能在某个区域范围内完成照明控制的照明控制系统,特点是可以对整个控制区域范围内的所有灯具按不同的功能要求进行直接或间接的控制。由照明控制系统在设计时基本上是按回路容量进行的,即按照每回路进行分别控制,所以又称为路(线)控型照明控制系统。

一般而言,路(线)控型照明控制系统由控制主机、控制信号输入单元、控制信号输出单元和通信控制单元等组成。主要用于道理照明控制、广场及公共场所照明、大型建筑物、城市标志性建筑物、公共活动场所和桥梁照明控制等应用场合。

3)网络控制型

网络控制型照明控制系统是通过计算机网络技术将许多局部小区域内的照明设备进行联网,从而由一个控制中心进行统一控制的照明控制系统。在照明控制中心内,由计算机控制系统对控制区域内的照明设备进行统一的控制管理。网络控制型照明系统一般由以下几部分组成。

(1)控制系统中心

一般包括由服务器、计算机工作站、网络控制交换设备等组成的计算机硬件控制系统和由数据库、控制应用软件等组成的照明控制软件等两大部分。采用网络型照明控制系统主要有以下优点:

便于系统管理,提高系统管理效率;

提高系统控制水平;

提高系统维护效率;

减少系统运营、维护成本;

可以进行照明设备的编程控制,产生各种所需要的照明效果;

便于采用各种节能措施,实现照明系统的节能控制。

(2)控制信号传输系统

通过控制信号传输系统完成照明网络控制系统中有关控制信号和反馈信号的传输,从而完成对控制区域内的照明设备进行控制。

(3)区域照明控制

网络照明控制系统实际上是对一定控制区域的若干小区域的照明控制系统(设备)进行联网控制,区域照明控制系统(设备)是整个联网控制系统的一个子系统,它既可以作为一个独立的控制系统使用,也可以作为联网控制系统的终端设备使用。

(4)灯控设备

整个照明控制系统要完成对每盏灯的控制,灯控设备安装在每盏灯上,并可以通过远程控制信号传输单元与照明控制中心通信,从而完成对每盏灯的有关控制(如开/关、调光控制),并可以通过照明控制中心对每盏灯的工作状态进行有关监控,从而完成对每盏灯的控制。

传统的灯光控制只是机械式的直接开关,不存在控制流。网络化的照明控制系统一般由控制总线和供电线路组成。从结构上可分为中央集中控制系统、集散型控制系统和分布式控制系统等。

智能照明控制系统按网络的拓扑结构,大致可以分为以下两种形式:总线型和以星形结构为主的混合式。这两种形式各有特色:总线型灵活性较强,易于扩充,控制相对独立,成本较低;混合式可靠性较高,故障的诊断和排除简单,存取协议简单,传输速率较高。

(1)中央集中照明控制系统:系统所有的功能都由中央控制器进行集中控制,如果中央控制器发生故障,则整个系统瘫痪。由于对中控器的依赖过多,系统的信号处理能力有限。

中央集中控制系统适用于规模较小、分布区域不大的场合。

(2)集散式照明控制系统:拓扑结构呈树状,底层设备向上一层设备输出控制信号,或接受上一层的命令进行局部控制。主控机具有综合处理功能,控制和协调整个系统。缺点在于子系统仍然是中央式集中式系统,可靠性不高,不够经济。

(3)分布式照明控制系统:将总系统的功能分散,即把信息处理和“智能冶由主机分散到各个设备或子系统,使得系统各个节点具有一定的自助管理能力。“功能分布冶是分布式系统的主要特征。

目前较为成熟的智能照明控制系统可分为两类:一类是依托于楼宇设备监控系统,这类智能照明系统大多借助楼宇自动化现场总线技术如EIB、LON等开发而成,功能相对较完善,可实现更为复杂的照明系统控制,如ABB公司推出的i-Bus智能总线系统;另一类相对楼宇设备管理系统是独立的系统,在网络控制、数据通信等功能上大多采用BACnet、DALI、X10等专有照明控制通信协议(通信接口)或标准,其功能较简单,规模也相对较小,其代表产品有邦奇电子推出的Dyna1ite系统、奇胜公司的C-Bus系统,以及德国欧司朗公司、奥地利锐高公司的DALI系统等。

4)节能控制型

照明系统的节能是全球普遍关注的问题。照明节能一般可以通过两条途径实现:一是使用高效的照明装置(例如光源、灯具和镇流器等);二是在需要照明时使用,不需要照明时关断,尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高照明亮度,这些都需要通过照明控制来实现。照明节能主要包含以下方面的内容:

(1)照明灯具的节能

提高电光源的发光效率,实现低能耗、高效率照明是电光源发展的一个重要方向。

(2)照明控制设备的节能

采用适当的照明控制设备也可以很好地提高照明系统的工作效率,例如采用红外线运动检测技术、恒亮(照)度照明技术,在照明环境有人出现、需要照明时,就通过照明控制系统接通照明光源,反之如果照明环境没有人、不需要照明时,就关断照明光源。再如,如果室外自然光较强时,可以适当降低室内照明电光源的发光强度,而当室外自然光源较弱时,可以适当提高室内照明电光源的发光强度,从而实现照明环境的恒亮(照)度照明,达到照明节能的效果。

(3)营造良好的照明环境

人们对照明环境的要求与从事的活动密切相关,以满足不同使用功能的要求。具体体现如下:

可以通过控制照明环境来划分照明空间,当照明房间和隔断发生变化时,可以通过相应的控制使之灵活变化。

通过采用控制方法可以在同一房间中营造不同的气氛,通过不同的视觉感受,从生理、心理上给人积极的影响。

(4)节约能源

随着社会生产力的发展,人们对生活质量的要求不断提高,照明在整个建筑能耗中所占的比例日益增加,据统计,在楼宇能量消耗中,仅照明就占33%(空调占50%,其他占17%),照明节能日显重要,发达国家在20世纪60年代末、70年代初已开始重视这方面的工作,特别是从保护环境的角度出发,世界各国都非常重视推行“绿色照明冶计划。

4.2.3传统照明控制系统与智能照明控制系统的比较

与传统照明控制系统相比,智能照明控制系统在控制方式、照明方式、管理方式以及布线、节能方面等均有不少优点。传统照明控制是能量流和信息流的合一,控制简单、有效、直观,但其一经布线完成后系统就不能再改动;此外,实现复杂的控制要求时,布线量将大大增加,这使得系统的可靠性下降,一旦出错,线路的检查也相当费时费力。随着大量商用办公楼和复式住宅的推出,办公楼管理人员和用户需要对照明器具的实时工况予以监视,而传统技术对此无能为力。至于提供安全、舒适、便利的生活环境,实现灯具联动,根据环境自动调整或控制灯光亮度等,使用传统技术更是无能为力。简而言之,传统照明控制系统已不能满足现代化的控制要求。

(1)开关方式

传统照明控制采用手动开关,只有开和关,而且只能一路一路地开和关。而智能照明控制采用调光模块,通过对灯光的调光在不同的场合产生适宜的灯光效果,营造出舒适的视觉氛围。通过对场景的预设置和记忆功能,操作时只需按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景,各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过遥控器等实现。

(2)线路系统

传统照明控制系统单控电路的特点是:控制开关直接接在负载回路中,只能实现简单的开关功能,当负载较大时,需相应增大控制开关的容量,当开关离负载较远时,电缆用量会增加。智能照明控制系统单控电路特点是:负载回路连接到输出单元的输出端,控制开关用EIB总线(欧洲一种专用于智能建筑的现场总线标准,最大的特点是用单一多芯电缆代替传统的相分离的控制电缆和电力电缆)与输出单元相连,负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量,开关距离较远时,只需加长控制总线的长度,节省电缆用量,还可以通过软件设置多种功能(开/关、调光、定时等)。

传统照明控制系统双控电路特点是:实现双控时用两个单刀双掷开关,开关之间连接照明电缆;进行多点控制时,开关之间的电缆连线增多,布线变得复杂,施工难度增大。智能照明控制系统双控电路特点是:实现双控时只需简单地在控制总线上并联一个开关,进行多点控制时,依次并联多个开关,开关之间仅用一条总线连接,线路安装简单。

4.3智能照明控制系统的结构

智能照明控制系统采用模块化分布式结构。各模块内置微处理器和存储器,通过一条五类通信电缆将所有照明控制部件连接起来进行信息传递,完成对室内外照明及相关控制。智能照明控制系统一般主要由输入单元、输出单元及系统单元三部分组成;在某些复杂的智能照明控制系统中,还需要有辅助单元和系统软件。

4.3.1输入单元

输入单元的功能是:将外界的控制信号转换为系统信号,并作为控制依据。输入单元包括控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、时钟管理器、遥控器。

1)控制面板

控制面板是供人们直观操作控制灯光场景的部件,相当于传统照明系统中的照明开关,安装在便于操作的地方,由微处理器进行控制,可以通过编程完成各种不同的控制要求。微处理器识别输入键符,进行处理后通过通信线发出控制信息,以控制相应的调光模块或开关模块,实现对光源的调光控制或开关控制。人们可以通过操作控制面板上的按钮,来启动照明系统中的灯光控制回路组合,从而调用某个灯光场景。所谓灯光场景,即系统中由不同的照明回路、不同的亮暗搭配而成的一种灯光效果。这种灯光场景可以预设置和记忆在调光模块和开关模块中,用户可以通过控制面板或液晶显示触摸屏设置相应灯光场景以达到某个照明效果。

以邦奇公司的产品为例,通常控制面板有如下一些功能:

(1)启动或改变一个场景:控制面板上的每个数字键分别表示一种照明场景,按下一个按键就实现一种场景。所谓“场景冶,是指具有不同亮度的一些灯光照明回路的集合,这种亮暗灯光集合形成一个特定的照明效果。从一个场景切换到另一个场景的灯光变化是可以渐变的,也可以是瞬间的,渐变时间可以在一定范围内调整。场景的信息存放在调光控制模块的存储器中,按一下控制面板上的场景按键也就是向调光控制模块发出一个改变场景的控制命令。一块控制面板上可按场景需要选配键数。

(2)场景记忆:当突然断电或因为其他故障导致照明系统停止工作,那么随着故障的解除,照明系统会恢复运行至故障前的场景状态。

(3)临时改变灯光亮度:某种场合下可能还需要对现有场景作稍微的调整,就需要使整个场景的各路灯光同时渐渐增亮或渐渐减暗,满足临时改变场景的要求。

(4)更改场景设置:当所需的场景设置需要发生改变时,借助于一些编程设备,可以对原设置的场景重新修改。

(5)区域分割或归并:根据区域的分割,当分成若干个小区域时,控制面板可实现对各小区域的单独控制;当几个小区域合并成大区域时,面板又可实现联动控制。

(6)信号整形:对发送命令的信号进行整形,大大降低了操作命令的误码率,具有极强的可靠性。

(7)可编程时序和逻辑控制:可编程控制面板,功能强大,可独立存储和编写调用多个预置的时序和逻辑程序。

有的公司的控制面板还具有其他一些功能,如可以选择背景音乐声源(像CD/VCD/DVD/SATV等)或调节音量的大小。

大多数智能照明控制系统的控制面板均采用标准的86型或120型开关面板尺寸,安装时就可采用标准的86型或120型暗盒,无需特别设计的安装暗盒。

2)液晶显示触摸屏

当需要在控制面板上清晰地表达场景控制状况的图像时,可选择液晶触摸显示屏。它是一种较高级的人机界面,具有信息存储记忆功能,能显示多种画面图像及相关信息,实现直观的多功能、多区域控制。

液晶触摸显示屏将强大的功能与小巧的外形结合为一体,一般具有如下特点:

(1)具有场景选择、场景编辑和多种状况定时控制的功能,甚至是灯光场景的启动和场景的淡入淡出。

(2)带有内置时钟,一般是365天的天文时钟,可根据日照的变化来充分利用天然采光。

(3)内部具有存储器,比一般的控制面板具有更多的场景记忆功能,并不受外界供电状况的影响。

(4)有的甚至可设置密码保护和实现多级用户管理。