淺談建筑智能照明控制系統設計探討

王曉昭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：研究分析了i-bus智能照明系統的組成、系統結構、控制要求等，結合辦公樓走道、地下車(chē)庫及醫院病房樓走道等場(chǎng)所的具體應用進(jìn)行探討，提出了建筑智能照明控制系統在不同場(chǎng)所中應用的優(yōu)越性及應注意的若干問(wèn)題。

【關(guān)鍵字】：智能控制；建筑智能照明；電氣設計；

0引言

近年來(lái)，隨著(zhù)國民經(jīng)濟與高新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對生活環(huán)境的要求越來(lái)越高。業(yè)主除了對建筑的傳統基本需求外，還在建筑的安全性、舒適性、節能、自動(dòng)化與信息化等方面均提出更高的要求，其目的是創(chuàng )造舒適宜人，能充分提高工作效率而又具有*靈活性的辦公與生活環(huán)境。其中，智能照明控制系統已開(kāi)始廣泛應用于各種建筑物中。

根據不同的品牌，在設計中常用的智能照明控制系統的品牌有i-bus系統、c-bus系統、Dynalite系統、instabus系統等。其中，i-bus系統米用KNX總線(xiàn)協(xié)議，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單、安裝方便、抗干擾強，可靠性高、易維護、較好的開(kāi)放性和可擴展性以及兼容性等特點(diǎn)。

1.i-bus系統工作原理及組網(wǎng)構架

1.1工作原理

系統中受控負載直接與控制系統驅動(dòng)器連接，所有總線(xiàn)元件都通過(guò)i-bus總線(xiàn)相互連接在*起。當傳感器探測到照度、溫度等變化或某個(gè)面板的按鈕被按下時(shí)，通過(guò)i-bus總線(xiàn)向設定的驅動(dòng)器以電信號的形式發(fā)出指令，驅動(dòng)器接收到電信號后經(jīng)過(guò)內置微處理器CPU進(jìn)行信息處理后再驅動(dòng)負載，實(shí)現相應的控制功能。

1.2系統構成

該系統主要由*控制主機、總線(xiàn)元件、系統元件、通信網(wǎng)絡(luò )和通信協(xié)議構成。*控制主機：*控制主機（PC機）通過(guò)USB接口模塊并使用ETS調試軟件編程，實(shí)現中控主機與i-bus系統的通信?？偩€(xiàn)元件主要分為3大類(lèi):驅動(dòng)器、傳感器、系統元件。驅動(dòng)器:負責接收和處理傳感器傳送的信號，并執行相應的操作，如開(kāi)/關(guān)燈、調節燈的亮度、升降窗簾、啟停風(fēng)機盤(pán)管或調節溫度等。傳感器:負責根據現場(chǎng)手動(dòng)操作或探測照度、溫度、人體移動(dòng)等的信號，向驅動(dòng)器發(fā)出相應的控制命令進(jìn)行操作。系統元件:為系統運行提供必要的基礎條件，如電源供應器、線(xiàn)路耦合器等各類(lèi)接口。

1.3i-bus系統形式分類(lèi)

i-bus系統形式主要分為3大類(lèi):a.支線(xiàn)系統如圖1所示;b.*控制主機>主干線(xiàn)>干線(xiàn)>支線(xiàn)系統，如圖2所示；c.*控制主機+交換機+IP路由器>主干線(xiàn)>干線(xiàn)>支線(xiàn)系統，如圖3所示。

圖2*控制主機+主干線(xiàn)+干線(xiàn)+支線(xiàn)系統

圖3*控制主機+交換機+IP路由器+主干線(xiàn)+干線(xiàn)+支線(xiàn)系統

(1)支線(xiàn)系統:W_bus系統*小的結構單兀為支線(xiàn)，每條支線(xiàn)上*多支持64個(gè)總線(xiàn)元件運行，各支線(xiàn)實(shí)際所能連接的設備數取決于電源供應器的容量和支線(xiàn)元件的總耗電量。支線(xiàn)系統適用于總線(xiàn)元件小于64個(gè)的小型工程和智能家居系統。設計時(shí)宜預留20@的余量，*般宜不大于50個(gè)總線(xiàn)元件。根據產(chǎn)品樣本，每個(gè)系統元件耗電量*般不大于10mA，電源供應器容量*般不大于640mA。i-bus系統支線(xiàn)的形式有線(xiàn)型結構（圖1.$星型結構（圖1b)、樹(shù)型結構（圖1=，需要注意的是該系統不支持環(huán)型結構。線(xiàn)型、星型、樹(shù)型結構之間也可以組合成支線(xiàn)系統，系統設計靈活、簡(jiǎn)單、可靠。多個(gè)不同形式的支線(xiàn)系統可同時(shí)存在，因此只要將按使用要求編好的程序輸入到系統各元件中，就能正常運行。而且，即使電源供應器停電或故障，由于系統內置有微處理器CPU，預設的程序命令也不會(huì )丟失。所以，即使某個(gè)支線(xiàn)系統出現故障，也不會(huì )影響其他支線(xiàn)系統的正常運行。

(2)*控制主機>主干線(xiàn)>干線(xiàn)>支線(xiàn)系統：每條干線(xiàn)通過(guò)線(xiàn)路耦合器*多可連接15條支線(xiàn)。由支線(xiàn)、干線(xiàn)組成如圖2所述的系統結構稱(chēng)為區域。*個(gè)區域中*多可連接15x64個(gè)總線(xiàn)元件。系統可通過(guò)主干線(xiàn)進(jìn)行擴展，使用線(xiàn)路耦合器將每個(gè)區域連接到主干線(xiàn)上。主干線(xiàn)上可連接15個(gè)區域，故整個(gè)系統*多可連接15x15x64=14400個(gè)總線(xiàn)元件（電源供應器和線(xiàn)路耦合器除外）。支線(xiàn)、干線(xiàn)、主干線(xiàn)數據傳輸速率均為9600bit/:此傳輸速率滿(mǎn)足*般項目智能照明系統的要求。

(3)*控制主機+交換機+IP路由器+主干線(xiàn)+干線(xiàn)>支線(xiàn)系統:對于大型項目，為提高通訊速率，在干線(xiàn)之間或支線(xiàn)之間采用I路由器（IPR/S)，作為高速線(xiàn)路耦合器使用。I路由器的*大數量為225,系統*多可連接64x225=14400個(gè)總線(xiàn)元件(電源供應器和線(xiàn)路耦合器除外）。系統示意如圖3所示。

根據i-bus「家提供的數據：①所有i-bus總線(xiàn)電纜總和不超過(guò)1000m。②任何兩個(gè)元件之間的i-be:總線(xiàn)電纜長(cháng)度均不超過(guò)700m。③電源到任何元件的i-bus總線(xiàn)電纜長(cháng)度均不超過(guò)350m。④若有兩個(gè)電源供應器，電源之間的i-bus總線(xiàn)電纜長(cháng)度不得小于200m。27-bus系統的控制要求做好智能照明控制系統，其供電控制回路的劃分很關(guān)鍵，*般應根據建筑的功能分區進(jìn)行控制。各功能分區可按下列原則進(jìn)行劃分：

(1)按防火分區劃分，即每個(gè)供電控制回路不應跨越防火分區。

(2)按使用功能劃分，①走道照明不應與辦公室、會(huì )議室、教室等功能房間共用供電控制回路;②醫療建筑的潔凈走道和污物走道、醫生通道和病人通道、不應共用供電控制回路。③室內走道和室外連廊通道等不應共用供電控制回路。

(3)控制方式應適應使用功能的要求，避免采用全開(kāi)、全關(guān)的單*模式，不同功能的建筑常用的場(chǎng)景模式：①體育場(chǎng)館常用的場(chǎng)景有訓練場(chǎng)景、比賽場(chǎng)景、演出場(chǎng)景、轉播場(chǎng)景、清掃場(chǎng)景等，各場(chǎng)景之間可隨時(shí)相互切換。系統檢測照明回路開(kāi)關(guān)次數、時(shí)間累計、電流、電壓等，并能監測回路故障、負載電流量、回路跳閘等故障，并自動(dòng)報警。②會(huì )議室、多功能廳、報告廳常用的場(chǎng)景有開(kāi)會(huì )場(chǎng)景、討論場(chǎng)景、演出場(chǎng)景、投影場(chǎng)景、休息場(chǎng)景、離開(kāi)場(chǎng)景等。當大會(huì )議室被分割為各獨立小間時(shí)，安裝在各不同分區的智能面板能獨立對該區域的照明、空調等進(jìn)行控制，互不干擾。智能面板有防誤按功能，可通過(guò)按鍵或操作密碼實(shí)現面板解鎖，避免給重要會(huì )議造成不良影響。③商店建筑常用的場(chǎng)景有備貨場(chǎng)景、白天場(chǎng)景、夜間場(chǎng)景、清掃場(chǎng)景、離開(kāi)場(chǎng)景等。在準備時(shí)段、營(yíng)業(yè)時(shí)段、盤(pán)貨時(shí)段、清場(chǎng)時(shí)段及清掃時(shí)段分別開(kāi)啟不同數量的照明燈具及空調。

(4)對于斷電后將造成重大影響或重大損失的場(chǎng)所，其電源供應器的電源設計時(shí)宜按建筑的*高負荷等級供電，以保證系統的供電可靠性。

3工程項目的應用設計探討

3.1i-bus系統在辦公走道中的應用設計

若設計時(shí)考慮不充分，智能照明控制系統在辦公走道投入使用后會(huì )存在以下問(wèn)題：

(1)未按工作日、節假日，上下班時(shí)段合理設置開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間、數量，不節能。

(2)智能面板通常設置在走道的出入口附近，遠離控制面板的辦公室工作人員晚上加班結束離開(kāi)時(shí)，有可能走道燈被關(guān)閉。此時(shí)通常要摸黑到走道控制面板處開(kāi)啟走道燈，使用起來(lái)很不方便。

(3)設置1/3燈開(kāi)，2/3燈開(kāi)時(shí)，由于編程時(shí)沒(méi)有設置分回路輪換開(kāi)燈，導致每次均開(kāi)同*回路的燈具，縮短了燈具使用壽命，增加燈具的維護成本。針對上述問(wèn)題，可采取相應的解決措施：

(1)設計時(shí)可按圖中所標相同序號劃分同*回路，通過(guò)軟件編程和時(shí)鐘模塊將走道上的燈定時(shí)設為1/3燈開(kāi)，2/3燈開(kāi)，全開(kāi)，全關(guān)等模式。例如工作日上班時(shí)間8點(diǎn)~12點(diǎn)，下午14點(diǎn)~17點(diǎn)30分設置全開(kāi);12點(diǎn)~14點(diǎn)，17點(diǎn)30分~21點(diǎn)30分可設為1/3或2/3燈開(kāi)，21點(diǎn)30分以后至次日8點(diǎn)前設為1/3燈開(kāi)或全關(guān)。同時(shí)，通過(guò)編程系統自動(dòng)將節假日期間的樓內轉換為移動(dòng)感應模式，*做到有人開(kāi)燈、無(wú)人關(guān)燈，并提供安?；菊彰?，辦公走道*般照明如圖4所示。

(2)在走道上每隔12m(根據不同產(chǎn)品設置的距離不同）設置人體感應傳感器，人體感應傳感器感應到人員移動(dòng)，自動(dòng)開(kāi)啟相關(guān)區域的燈具，人員離開(kāi)后延時(shí)關(guān)燈，使用方便并且節能。

圖4辦公走道*般照明平面示意圖

(3)在設置1/3燈開(kāi)、2/3燈開(kāi)時(shí)，可通過(guò)軟件編程設為分時(shí)段來(lái)交替開(kāi)啟不同的照明回路。*大限度地保證每回路的燈具均有工作，避免總是開(kāi)同*回路燈具，延長(cháng)燈具使用壽命，節約燈具的維護成本。此外，人體感應傳感器可接入視頻安防監控系統，下班時(shí)間、節假日探測到有人移動(dòng)時(shí)，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)傳輸到安防監控室，并在監視墻顯示該區域的情況，提醒值班人員。

3.2i-bus系統在地下車(chē)庫中的應用設計

車(chē)庫照明平面示意如圖5，車(chē)庫*般照明配電系統如圖6。

若未采用i-bus系統或BA控制的地下車(chē)庫照明，通常需在配電箱內控制車(chē)庫內照明，因此車(chē)庫內的燈具*般是常亮的，需專(zhuān)業(yè)電工持鑰匙進(jìn)入到車(chē)庫配電間內打開(kāi)車(chē)庫照明箱進(jìn)行分、合閘操作，既不節能也不利于值班人員管理。而采用BA系統控制，往往以*監控為主，缺乏現場(chǎng)調控手段，控制方式的靈活性不高，也不夠節能。此外BA系統所有的信息都在*條單*控制總線(xiàn)上傳輸，造成各控制器之間的干擾，影響整個(gè)系統的穩定性。

而車(chē)庫設置i-bus系統，當車(chē)輛或人員從上*個(gè)防火分區*進(jìn)入到下*個(gè)防火分區*時(shí)，防火卷簾兩側的人體感應傳感器探測到車(chē)輛或人員經(jīng)過(guò)，開(kāi)啟該分區的車(chē)道照明，經(jīng)過(guò)延時(shí)后再關(guān)閉上*分區的車(chē)道照明。由于是通過(guò)預先設計的程序自動(dòng)控制，無(wú)需值班人員操作，也達到節能的目的。

3.3i-bus系統在醫院病房樓護士站及走道中應用設計

護士站及走道照明平面示意如圖7，配電系統如圖8。

圖7護士站及走道照明平面示意圖

因醫院病房樓護士站是24h有人值班，故燈控智能面板應設置在護士站集中控制較為合理，走道出入口不設置燈控智能面板，防止病人或家屬、訪(fǎng)客誤操作。此外，病房樓的人流量大并且人員出入時(shí)間不固定，所以病房走道不宜設置人體感應傳感器，由護士站統*管理控制走道燈具。護士站內燈具數量較少，光源*般不超過(guò)25個(gè)，按使用功能應劃分各自獨立回路控制從而達到節能目的?？梢詭讉€(gè)照明回路共用*個(gè)斷路器，不僅節省箱內空間，減小箱體尺寸，節省造價(jià)。

3.4i-bus系統在應急照明中的應用

i-bus系統的驅動(dòng)器有應急開(kāi)啟功能，能接收火災自動(dòng)報警系統信號自動(dòng)開(kāi)啟，但是由于i-bus系統的中控電源常為非消防電源供電，線(xiàn)路及敷設均達不到防火要求。*旦發(fā)生火災，非消防電源被切除導致應急照明不能強制接通或線(xiàn)纜不具備耐火阻燃性能，存在重大安全隱患。因此，建議米用父流接觸器1km、2km，應急照明平時(shí)由i-bus系統的驅動(dòng)器控制，火災時(shí)強制接通，消防應急照明自成體系，從而保證供電可靠性，如圖9所示。

4安科瑞智能照明控制系統

4.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器具備獨立工作的能力，適用于*些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

4.2應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統結構

4.4系統功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不*致時(shí)會(huì )發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以*個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到100%進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對*個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對應場(chǎng)景設置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標的亮滅顯示對應的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）預留BA或*三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

5結語(yǔ)

智能照明系統具有以下的優(yōu)越性：

(1)運用**的電力電子技術(shù)，不但可實(shí)現單點(diǎn)、多點(diǎn)、區域、群組控制、調光場(chǎng)景模式設置、定時(shí)控制、光照度自動(dòng)感知、紅外線(xiàn)探測、無(wú)線(xiàn)遙控、集中監控等多種照明控制功能，而且可以?xún)?yōu)化能源的利用，降低運行費用。

(2)可通過(guò)wifi連接IPAD、手機等智能終端進(jìn)行控制，具備良好的人機交互界面。

(3)如果需對建筑的功能房間進(jìn)行改造或改變照明的場(chǎng)景模式，無(wú)須改變照明回路，只需簡(jiǎn)單地進(jìn)行程序上的變更，便可以調整照明場(chǎng)景模式并擴展功能，大大降低改造費用和縮短改造周期，適合不同使用要求。

(4)具有良好的開(kāi)放性和可擴展性，可以和其他系統（如:BA樓宇系統、背景音樂(lè )及廣播系統、會(huì )議系統、火災自動(dòng)報警系統、視頻監控等智能化系統）相互連接完成系統集成功能。

隨著(zhù)世界經(jīng)濟的發(fā)展以及全球環(huán)境的惡化，各國對節能減排也越發(fā)重視。我國作為世界**大經(jīng)濟體，有責任也有義務(wù)響應節能減排的政策并采取措施。而在建筑設計領(lǐng)域，**和地方也不斷在發(fā)布和實(shí)施綠色建筑設計標準等，并且標準在不斷提高。所以在電氣設計時(shí)，針對各類(lèi)建筑的特點(diǎn)，合理的設計智能控制系統顯得尤為重要。

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