智能照明控制系统设计研究

银 波

武汉职业技术学院，湖北 武汉 430072

0 引言

我国属于电力消耗大国，其中约有1/6的电力消耗为照明，在为照明供电的过程中，由于效能转化的问题导致一部分电力被损耗，如何提高照明系统的能效水平已经成为目前节能减排的主要途径[1]。综合来看，我国的电力紧张问题一直没有得到缓解，人均占有量较低，国家在电力建设方面的不断进步，使得居民用电得到稳定的保障，但是为了实现可持续发展，需要在保证照明质量不受影响的前提下有效利用太阳能、风能等新能源来降低电能损耗，提高效能。

将智能照明控制系统引入民用照明领域，可以实现照明用电的智能化控制。文章将选取民用领域某一个场景的照明体系，通过智能照明控制系统的设计来讨论其对于电气照明节能的应用价值。

1 智能照明控制系统概述

1.1 特点和优势

智能照明控制系统是一种智能的分布式总线型控制系统，每一个模块都拥有不同的控制体系，其最大的特点是数字化和模块化，各模块之间在功能上相互独立但又可以形成一种协同控制的状态[2]。系统各模块的功能由中央处理器实现总控制，通过通信线路相互连接。

智能照明控制系统可以根据某一区域的具体情况实现对灯具的智能控制，整个控制具有动态化、非程序化的特点[3]。一般情况下，通过传感器收集外界环境数据，由处理器分析后向各控制模块下达对应的指令，然后控制模块负责控制灯具的开、关或亮度调节等行为[4]。由于智能照明控制系统是独立子网式系统，设置在不同房间或场地中的子系统可以通过联网的方式无限量扩展，这也是其应用优势之一。

如今，智能照明控制系统已有相应的技术标准，如各模块之间通过串口完成联接，在与其他设备进行匹配时更易实现，极大地增强了其适用性和拓展性。

1.2 系统组成

系统由调光模块、开关模块、控制面板、显示模块、传感器模块、PC接口、监控计算机、时钟管理器等核心模块构成，除了电源组件，其他各模块均内置有微处理单元和存储单元[5]，并且每一个微处理单元都有对应的物理地址，通过物理地址可以准确识别各个设备，实现软件编程控制。

1.3 数据传输方式

照明控制系统可以采用多种方式进行数据传输，其中有线方式包括光纤、双绞线等；无线方式包括射频、电力载波等。可以看出，目前对于照明控制系统的传输方式业界尚未形成统一标准，各国和各个厂家所生产的设备都依据设计参数选择比较适合的方式。

1.4 应用范围

照明控制系统主要用于实现对灯光的开关控制和调光，在不同场合下，智能控制系统能够依据实际需要和外界环境智能地调节LED灯、荧光灯等类型灯具的亮度及开闭。

1.5 控制方式

（1）场景控制：又可以被称为情景模式，系统内置或用户自定义几种不同的场景，有需要时用户能够通过显示终端来控制场景模式的切换。这种控制方式被广泛应用于KTV、电影院、美术馆、高档别墅等场所。

（2）定时控制：通过时钟的计时功能来实现灯光的时间规律控制，比如早6点开启灯光，晚7点关闭灯光等。这种控制方式的逻辑比较简单，适用于道路、地下车库等情境。

（3）群组组合控制：能够设定一种控制方式（如点按某一按钮）实现对多个配电箱中的照明回路开关控制。通常情况下，群组可以实现自定义，用户能够选择按键对应哪些配电箱，从而实现一键开关。

（4）天文时钟控制：比定时控制更加高级，可以依据经纬度自动计算日出、日落时间，从而实现智能化的照明供应，在街道照明、景区照明等情境中应用广泛。

（5）光感控制：依靠光线传感器实现灯光的智能控制，与汽车照明系统中自动大灯的功能类似，传感器用以收集环境光的强度，当光线不足时自动开启灯光，光线充足时自动关闭灯光。

（6）图示化监控：配合电子地图功能显示所有的灯具，用户可以选择某一灯具手动控制其开关和亮度。在建筑中也可以将灯具在建筑平面图中标识出来，如大型商场中的灯光控制等。

（7）应急控制：在发生紧急事件时，打破原先的控制方式强制开启所有灯光，为事件处置和逃生提供充足的光照。

2 智能照明控制系统的实际应用

文章选用场景为拥有近500间客户的大型酒店，整个宾馆是独栋设计，共有13个楼层，由于各个功能区的面积都比较大，为了减少工作量，所有的照明设备都需要由智能控制器来进行控制，整个控制系统构成十分复杂。为了增加照明系统设计的灵活性，案例选用EIB国际总线标准的智能照明控制i-Bus系统，控制的对象主要是一楼接待大厅、走道、楼梯间、会议厅、高端套房以及其他公共场景的照明设施，通过智能化的控制体系，有效节省电力的消耗。整个智能控制体系同样采用模块化的分布式设计，后期的修改和升级都十分方便，有效地节约了人力成本，降低了工作量[6]。

2.1 设计特点

整个系统只采用了一条通信线路，具有一定整洁度。采用模块化结构，新的设备或场景设施可以随时加入控制系统，每一个模块都拥有自主工作的功能，由模块内置的微控制单元直接控制，并非完全依赖于主控制系统。如果一个模块发生了故障，其他模块不会受到影响，配合软件使用时，功能和逻辑设定也呈现出一个相互独立的状态。

控制面板额定电压为24 V，属于低于36 V电压的安全区域。整个系统的行为控制是通过程序编写来实现的，因此可以只通过程序的更改来实现控制策略的改变。

2.2 系统结构

中央监控计算机放置于一楼的消防监控室中，必要的安防设施配套完善，计算机搭载WinSwitch监控软件和ETS5编程软件，控制界面实现可视化，工作人员能够在图形界面上监控智能照明控制系统的运动状态。系统共由7根支线组成，与主控制室通过RS-232接口连接，主控室拥有所有的数据输入，可以监控整个照明系统中的任一设备。

2.3 功能需求

以某一房间为例，客厅的灯光共有3组，卧室灯光共有4组，其中卧室中的2组灯光需要具备亮度调节功能，另2组灯光只具备开关功能即可。在门厅处有一组自动感应灯光，通过红外线感应实现来人自动开启、无人自动关闭。客厅和卧室中各安有一部空调，入住者可以通过遥控器来选择空调模式，并且内置有多种情景模式，通过遥控器可实现自由切换。此外，所有的电气设备都可以通过门口的开关一键关闭。

2.4 控制实现

除了中央控制计算机和传输回路，系统还包括驱动器、传感器、电源元件、远程遥控组件等其他部分组成，还需要绘制强电配电箱系统图，远程遥控功能选用电话网关来实现，此宾馆场景中共有5种控制方式，用户可以根据自己的需求选择对应的控制方式，每一种控制方式都有其对应的应用场景。

（1）手动控制。通过手动控制按钮来控制一些系统动作，这是一种现场控制模式，大楼内的主要照明设施都会配备手动控制按钮。

（2）移动控制。也可以称为感应控制，在大楼的走道、楼梯、公共厕所及部分客房的门口处都设置有移动控制，当有人经过时灯光会自动打开一段时间。移动控制包括声音控制，其目的是在保证照明质量的基础上节省更多的能源消耗。

（3）恒照度控制。在大堂中设置有光线感应模块（HS/S 3.1），此模块能够感应出大楼的采光情况，并根据太阳光的强弱自动调节大堂内主照明灯光的强弱。灯光强弱的控制有两种实现方式，一是调节主照大灯的亮度，二是调节大堂内灯光开启的数量。这两种方式通过合理的搭配在能源消耗和照明质量供应之间达到平衡状态。

（4）集中控制。智能中央控制计算机可以将大楼内的所有灯光在酒店平面图中显示，同时空调等电气设备的运行情况也会被详细显示，工作人员能够分区域或者定点控制电气设备的开关。

（5）网络控制。网络控制是通过OPC网关来集成所有的自控系统，根据自控系统发出的指令来执行对应的电气开关行为。

3 结论

智能照明控制系统设计的目的是节约能源和提高控制效率，为了让系统的设计更加规范，同时更加利于日后的维护，采用一根双绞线代替传统的电缆。中央控制计算机能够将所有的电气设备运行状态显示于地图或平面图中，工作人员通过可视化的操作界面完成对电气设备运行状态的监控，可以及时调整照明策略，以达到更好的节能效果。智能照明控制系统具有明显的优势，如今已经得到广泛应用，未来的电气安装系统将更加标准化、人性化、节能化和网络化，形成一种多功能、集成式、全分布式的适用控制体系。