照明控制技術(shù)的綜合敘述

摘要：文章對照明控制的作用、原則及發(fā)展過程作出總結(jié)，為節(jié)能，提出對不同建筑、不同場所對照明控制的要求，并以實(shí)際案例介紹了照明控制的發(fā)展方向和智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用。
 照明控制技術(shù)是隨著建筑和照明技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，在實(shí)施綠色照明工程的過程中，照明控制是一項(xiàng)很重要的內(nèi)容，照明不僅僅是滿足人們視覺上明亮的要求，還要滿足藝術(shù)性要求，要創(chuàng)造出豐富多彩的意境，給人們以視覺享受，要求照明控制做到安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)。

      一、照明控制的作用

      照明控制有如下作用：①節(jié)能效果顯著  ②延長光源壽命  ③改善工作環(huán)境，提高照明質(zhì)量  ④實(shí)現(xiàn)多種照明效果

      二、照明控制原則

      照明控制原則是安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)。安全—基本要求；靈活—建筑空間布局經(jīng)常變化，照明控制要適應(yīng)和滿足這種變化；經(jīng)濟(jì)—性能價格比好，要考慮投資效益 ；可靠—越簡單，越可靠。

      三、照明控制方式

      1.  蹺板開關(guān)控制

      蹺板開關(guān)設(shè)置于門口，對于面積較大的房間燈具較多時，采用雙聯(lián)、三聯(lián)、四聯(lián)開關(guān)或多個開關(guān)，其原理接線圖見圖1-1。 

      對于樓道和樓梯照明，多采用雙控方式（有的長樓道采用三地控制），在樓道和樓梯入口安裝雙控蹺板開關(guān)，其特點(diǎn)是在任意入口處都可以開閉照明裝置。其原理接線圖見圖1-2。

    2.  定時開關(guān)或聲光控開關(guān)控制住宅樓、公寓樓樓梯間多采用定時開關(guān)或聲光控開關(guān)控制，其原理接線圖見圖1-3。

      消防電源Ｌｅ由消防值班室控制或與消防泵聯(lián)動。對于住宅、公寓樓梯照明開關(guān)采用紅外移動探測加光控較為理想。

      采用智能定時器，在沒有采光或者不能利用采光時。按照工作時間及非工作時間不同的時間段切換不同的燈光組合，在滿足需要的前提下，投入最少的燈。見圖1-4。

      3．場景控制

      在一定場所或整個樓宇，用戶預(yù)設(shè)多種場景，按動一個按鍵，即可調(diào)用要的場景。圖1-5至1-8為場景變換狀態(tài)。

      4．動靜探測控制

      在一定場所或整個樓宇，根據(jù)人員走動情況進(jìn)行開關(guān)燈的一種方式。見圖1-9。 

      5．恒照度控制

      根據(jù)探頭探測到的照度來控制照明場所內(nèi)相關(guān)燈具的開啟或關(guān)閉，保持場所的照度恒定。見圖1-10。

   四、照明控制要求

      照明控制方案應(yīng)根據(jù)建筑物性質(zhì)、規(guī)模、照明環(huán)境要求而定。

      1．建筑物功能照明的控制

      ①體育場館比賽場地應(yīng)按比賽要求分級控制，大型場館宜做到單燈控制。

      ②候機(jī)廳、候車廳、港口等大空間場所應(yīng)采用集中控制，并按天然采光狀況及具體需要采取調(diào)光或降低照度的控制措施。
      ③影劇院、多功能廳、報告廳、會議室及展示廳等宜采用調(diào)光控制。

      ④博物館、美術(shù)館等功能性要求較高的場所應(yīng)采用智能照明集中控制，使照明與環(huán)境要求相協(xié)調(diào)。

      ⑤賓館、酒店的每間（套）客房應(yīng)設(shè)置節(jié)能控制型總開關(guān)。

      ⑥大開間辦公室、圖書館、廠房等宜采用智能照明控制系統(tǒng)，在有自然采光區(qū)域宜采用恒照度控制，靠近外窗的燈具隨著自然光線的變化，自動點(diǎn)燃或關(guān)閉該區(qū)域內(nèi)的燈具，保證室內(nèi)照明的均勻和穩(wěn)定。

      ⑦高級公寓、別墅宜采用智能照明控制系統(tǒng)。 

      2．走廊、門廳等公共場所的照明控制

      ①公共建筑如學(xué)校、辦公樓、賓館、商場、體育場館、影劇院、候機(jī)廳、候車廳和工業(yè)建筑的走廊、樓梯間、門廳等公共場所的照明，宜采用集中控制，并按建筑使用條件和天然采光狀況采取分區(qū)、分組控制措施。

      ②住宅建筑等的樓梯間、走道的照明，宜采用節(jié)能自熄開關(guān)，節(jié)能自熄開關(guān)宜采用紅外移動探測加光控開關(guān)，應(yīng)急照明應(yīng)有應(yīng)急時強(qiáng)制點(diǎn)亮的措施。

      ③旅館的門廳、電梯大堂和客房層走廊等場所，采用夜間定時降低照度的自動調(diào)光裝置。

      ④醫(yī)院病房走道夜間應(yīng)采取能關(guān)掉部分燈具或降低照度的控制措施。 

      3．道路照明和景觀照明的控制

      ①道路照明應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地理位置和季節(jié)變化合理確定開關(guān)燈時間,  并應(yīng)根據(jù)天空亮度變化進(jìn)行必要修正。宜采用光控和時控相結(jié)合的智能控制方式。

      ②道路照明采用集中遙控系統(tǒng)時，遠(yuǎn)動終端宜具有在通訊中斷的情況下自動開關(guān)路燈的控制功能，采用光控、時控、程控等智能控制方式，并具備手動控制功能。同一照明系統(tǒng)內(nèi)的照明設(shè)施應(yīng)分區(qū)或分組集中控制。

      ③道路照明采用雙光源時，在“半夜”應(yīng)能關(guān)閉一個光源；采用單光源時，宜采用恒功率及功率轉(zhuǎn)換控制，在“半夜”能轉(zhuǎn)換至低功率運(yùn)行。

      ④景觀照明應(yīng)具備平日、一般節(jié)日、重大節(jié)日開燈控制模式。 

      4．根據(jù)照明部位的燈光布置形式和環(huán)境條件選擇合適的照明控制方式

      1）房間或場所裝設(shè)有兩列或多列燈具時，宜按下列方式分組控制：

      ①所控?zé)袅信c側(cè)窗平行；

      ②生產(chǎn)場所按車間、工段或工序分組；

      ③電化教室、會議廳、多功能廳、報告廳等場所，按靠近或遠(yuǎn)離講臺分組。

      2）有條件的場所，宜采用下列控制方式：

      ①天然采光良好的場所，按該場所照度自動開關(guān)燈或調(diào)光；

      ②個人使用的辦公室，采用人體感應(yīng)或動靜感應(yīng)等方式自動開關(guān)燈。

      3）對于小開間房間，可采用面板開關(guān)控制，每個照明開關(guān)所控光源數(shù)不宜太多，每個房間燈的開關(guān)數(shù)不宜少于2個（只設(shè)置 1 只光源的除外）。 

      五、照明控制技術(shù)發(fā)展

      隨著照明技術(shù)的發(fā)展，建筑空間布局經(jīng)常變化，照明控制要適應(yīng)和滿足這種變化，如果用傳統(tǒng)控制方式，勢必到處放置蹺板開關(guān)，既不美觀，也不方便。對于較高級的樓宇，一般設(shè)有建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BA 系統(tǒng)）,利用 BA 系統(tǒng)控制照明已為大家所接受，基本上是DDC控制，由于 BA系統(tǒng)不是專為照明而做，有局限性，一是很難做到調(diào)光控制，二是沒有專用控制面板，完全在計算機(jī)上控制，靈活性較差，對于值班人員素質(zhì)要求也較高。目前不少公司生產(chǎn)的專用智能照明控制系統(tǒng)基于總線控制技術(shù)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，一般有場景控制、定時控制、紅外線控制、就地控制、集中控制、群組組合控制、遠(yuǎn)程控制、圖示化監(jiān)控等。其主要功能有： 

      1）場景控制功能: 用戶預(yù)設(shè)多種場景，按動一個按鍵，即可調(diào)用需要的場景。多功能廳、會議室、體育場館、博物館、美術(shù)館、高級住宅等場所多采用此種方式。

      2)  恒照度控制功能:  根據(jù)探頭探測到的照度來控制照明場所內(nèi)相關(guān)燈具的開啟或關(guān)閉。寫字樓、圖書館等場所，要求恒照度時，靠近外窗的燈具宜根據(jù)天然光的影響進(jìn)行開啟或關(guān)閉。

      3) 定時控制功能: 根據(jù)預(yù)先定義的時間，觸發(fā)相應(yīng)的場景，使其打開或關(guān)閉。一般情況下，系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，自動推算出當(dāng)天的日出日落時間，根據(jù)這個時間來控制照明場景的開關(guān)。特別適用于夜景照明、道路照明。

      4）就地手動控制功能：正常情況下，控制過程按程序自動控制，在系統(tǒng)不工作時，可使用控制面板來強(qiáng)制調(diào)用需要的照明場景模式。

      5）群組組合控制：一個按鈕，可定義為打開/關(guān)閉多個箱柜（跨區(qū)）中的照明回路，可一鍵控制整個建筑照明的開關(guān)。

      6)應(yīng)急處理功能：在接收到安保系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的警報后，能自動將指定區(qū)域照明全部打開。

      7)遠(yuǎn)程控制：通過英特網(wǎng)（Internet）對照明控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，能實(shí)現(xiàn)：

      ①對系統(tǒng)中各個照明控制箱的照明參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改；②對系統(tǒng)的場景照明狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視；③對系統(tǒng)的場景照明狀態(tài)進(jìn)行控制。

      8)圖示化監(jiān)控：用戶可以使用電子地圖功能，對整個控制區(qū)域的照明進(jìn)行直觀的控制?？蓪⒄麄€建筑的平面圖輸入系統(tǒng)中，并用各種不同的顏色來表示該區(qū)域當(dāng)前的狀態(tài)。

      9)日程計劃安排：可設(shè)定每天不同時間段的照明場景狀態(tài)?？蓪⒚刻斓膱鼍罢{(diào)用情況記錄到日志中，并可將其打印輸出，方便管理。

  但不同公司控制系統(tǒng)兼容性引起大家重視，系統(tǒng)及產(chǎn)品兼容會降低造價和成本，為此，歐洲眾多廠商滿足歐洲安裝總線（EIB）標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)品的互換性提供了方便。

      數(shù)字式可尋址燈光接口（Digital Addressahle Lighting Interface）簡稱 DALI，DALI 是一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，它定義了電子鎮(zhèn)流器與設(shè)備控制器之間的數(shù)字通信方式，它不是一種新的總線， DALI系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、操作容易、
功能良優(yōu)的燈光控制系統(tǒng)，不僅可用于一個房間內(nèi)的燈光控制，還可以與大樓管理系統(tǒng)BMS接口。DALI系統(tǒng)與BMS或者 EIB、LON 總線系統(tǒng)不同，不是將它擴(kuò)展成具有各種復(fù)雜控制功能的系統(tǒng)，而僅僅是作為一個燈光控制子系統(tǒng)，通過網(wǎng)關(guān)（gateway）接口集成于 BMS 中，可接受 BMS 控制命令，或回收子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。DALI 系統(tǒng)軟件可對連在同一條控制線上的每個熒光燈的亮度分別進(jìn)行調(diào)光，一個單段DALI數(shù)據(jù)控制線上可對 64 個鎮(zhèn)流器分別編址，每個鎮(zhèn)流器內(nèi)可設(shè)置16個燈光場景，同一個鎮(zhèn)流器還可以編在一組或在多個組，最大編數(shù)組為16。因此，DALI系統(tǒng)被定義為：

      - 最多64個設(shè)備在一條DALI線路上（獨(dú)立地址）

      - 最多16個分組（組地址）

      - 最多16個場景（場景值）

      由于DALI是分部式智能化系統(tǒng)，許多參數(shù)可以通過設(shè)置在鎮(zhèn)流器中

      1.  獨(dú)立地址

      2.  組地址

      3.  燈光場景值

      4.  漸變時間

      5.  應(yīng)急照明燈光亮度值

      6.  上電時燈光亮度

      由于 DALI 的整流器和變壓器是內(nèi)設(shè)芯片,  許多通過整流器或變壓器的參數(shù)可實(shí)時反饋回系統(tǒng)

      7.  輸入實(shí)時電壓及類型

      8.  輸入實(shí)時電流值

      9.  輸出實(shí)時電壓及類型

      10. 輸出實(shí)時電流值

      11. 電壓波動頻率

      12. 電流波動頻率

      滿足DALI協(xié)議的產(chǎn)品，控制更為靈活，結(jié)構(gòu)簡單，但造價較高。

      六、智能照明控制典型案例

      以下為廣州河?xùn)|電子公司的 HDL-BUS 系統(tǒng)和銳高公司的 DALI 系統(tǒng)典型案例，供參考。

      1． HDL-BUS系統(tǒng)

      HDL-BUS系統(tǒng)為廣州河?xùn)|電子公司生產(chǎn)的智能照明控制系統(tǒng)，不僅有上述功能，該系統(tǒng)采用開放性及高擴(kuò)展性協(xié)議，能使照明系統(tǒng)與樓宇控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、舞臺燈光系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)無縫聯(lián)接。其接線示意圖見 1-11、1-12、1-13。

      2. DALI系統(tǒng)

      DALI控制系統(tǒng)有如下的優(yōu)越性：

      1)  設(shè)計簡單易行

      傳統(tǒng)模擬控制在設(shè)計階段需要考慮通過不同分組來實(shí)現(xiàn)不同場景的控制，因此在設(shè)計中需要許多單獨(dú)的控制回路，布線復(fù)雜且布線成本較高。且在控制區(qū)域需要重新布局分隔時，需要重新布線和設(shè)計。LuxCONTROL 的數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計簡便，設(shè)計中只要通過數(shù)字信號接口相互連接，并聯(lián)到 2 芯控制線上。所有分組和場景均可在安裝調(diào)試時通過計算機(jī)軟件編程，不僅節(jié)約了布線成本，對于設(shè)計修改、重新布局和分隔也只需更改軟件設(shè)置而不需重新布線，非常簡單易行。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1-17。

    2)   安裝簡單經(jīng)濟(jì)

      安裝 DALI 接口有 2 條主電源線，二條控制線，對線材無特殊要求，安裝時也無極性要求，只要求主電源線與控制線隔離開，控制線無需屏蔽，要注意的是當(dāng)控制線上電流在 250mA，線長 300 米時壓降不超過 2V。控制線和電源線可并行，無需另外敷線。設(shè)計緊湊的控制組件無需專門的控制柜，因此安裝簡便且經(jīng)濟(jì)。接線原理見圖1-18。

       3) 操作簡單方便

      DALI鎮(zhèn)流器內(nèi)部是智能型的，可自動處理燈絲預(yù)熱，點(diǎn)燃，調(diào)光、開關(guān)，故障檢測等功能，對用戶界面是十分友好的，用戶無需對此理解很深就能操作控制，如發(fā)送一個改變現(xiàn)行場景的命令，各個相關(guān)鎮(zhèn)流器根據(jù)現(xiàn)行亮度與場景要求亮度之差，各自計算調(diào)光速率以達(dá)到所有鎮(zhèn)流器都同步調(diào)光到要求的場景亮度，如發(fā)送查詢命令就可回收各鎮(zhèn)流器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。

      ４）數(shù)字控制精確可靠

      ＤＡＬＩ和ＤＳＩ均為數(shù)字信號，不同于模擬信號，可以實(shí)現(xiàn)無擾動控制，不會因長距離壓降而使得控制信號失真，因此即使 DALI數(shù)字信號控制線與強(qiáng)電線同走一條線管也不會受干擾。ＤＡＬＩ信號是雙向傳輸，不但可前向傳輸控制命令，也會將鎮(zhèn)流器和燈管的狀態(tài)、故障信息、開關(guān)，實(shí)際亮度值的信息反饋回系統(tǒng)。

      ５）通信結(jié)構(gòu)簡單可靠

      DALI接口通信協(xié)議由196bit位數(shù)組成，第 1位是起始位，第 2到第 9位是地址位，第10到第17位是數(shù)據(jù)，第 18、19位停止位。采用獨(dú)特的曼徹斯特編碼避免出現(xiàn)誤碼，傳輸速率1200波特可保證設(shè)備之間通訊不被干擾，控制線上高電平為16V。控制線上的每個控制器在通信中作為 MASTER 功能，而控制線上的像鎮(zhèn)流器這樣的控制電器只是響應(yīng) MASTER 的命令起 SLAVE的作用，系統(tǒng)具有分布式智能功能。

      ６）應(yīng)用范圍廣泛

      DALI接口已不僅僅限用于熒光燈鎮(zhèn)流器調(diào)光，各種鹵鎢燈電子變壓器，氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，LED 也采用了 DALI接口調(diào)光；控制設(shè)備還包括：無線電接收器、繼電器開關(guān)輸入接口。各種按鍵控制面板、包括 LED 顯示面板都已具有DALI接口，這將使DALI的應(yīng)用越來越廣，控制器從最小的一間辦公室擴(kuò)大到多間房間的辦公大樓，從單個商店擴(kuò)大到大的賓館。

      總之，照明控制技術(shù)的發(fā)展較快，在實(shí)施綠色照明工程中作用明顯，應(yīng)該引起重視。