浅析大型公共建筑灯光智能控制系统
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【摘 要】针对大型公共建筑耗电量大，其中照明耗电所占比例较大且存在浪费的问题，从照明控制上可以有效节约耗电量。根据大型建筑的特点，结合近几年逐步改造经验，在保证使用绝对安全、可靠的原则下，利用分区控制、感应控制、场景控制等方式实现了6000多个环境灯光及舞台灯光回路和2万多支不同灯具的智能化、节能化控制，以具体灯光控制系统改造工程为案例，浅析了照明智能控制系统的设计、安装、使用情况。
【关键词】大型公共建筑；灯光智能控制；照明控制
0 引言
目前，建筑能耗占全国能源消耗总量的27.45%[1]，而在所有建筑中，公共建筑耗电量过大，据统计，大型公共建筑（建筑面积大于2万平方米）单位面积耗电量是普通公共建筑的4倍，其中建筑照明电量能耗占到整个建筑电量能耗的25%-35%，占全国电力总消耗量的13%，因此照明节能空间潜力很大。所以减少大型公共建筑的照明能耗已经成为整个节能工作中一个重要的环节。减少大型公共建筑照明能耗除了在照明灯具上进行更新换代，比如采用节能灯、LED灯等新型灯具外，另一个有效方法就是对照明灯具的有效控制。
自上世纪90年代开始，智能照明控制系统已经作为一个独立的系统在国内智能建筑中得以应用。经过近20年来的发展，主要有HDL、ABB、Siemens、Merten、Clipsal、Dynalite、Lutron、Palaron、Panasonic等智能照明系统在国内各类项目中得以应用。
本文主要对照明控制以节能、方便使用为驱动从传统到智能化的转变进行分析，以HDL的照明控制技术结合现实需求对灯光智能控制的应用进行介绍，对具体灯光控制系统改造进行实例分析。
1 建筑照明控制
建筑照明控制系统以实现节能效果显著为主要目的。有效控制可以延长光源寿命，改善工作环境，提高照明质量，实现多种照明效果。
1.1传统建筑照明控制
传统的照明控制系统是典型的强电控制系统，它的选型配置首先取决于照明回路的数量、负载的容量、负载的类型，这决定了系统的投资主体。它的安装、调试也都必须与照明供电及负载回路紧密结合。多采用跷板开关控制。大面积区域内灯具，采用双联、三联、四联开关或多个开关。
1.2智能照明控制系统
智能照明控制系统就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内外亮度或该区域的用途来自动控制照明设备，并能够实现集中统一管理与监控的功能，结合现代照明技术与照明艺术，科学地管理照明设备，让人们不仅在照明技术参数指标方面达到标准的要求，而且舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活。其技术手段是通过计算机发出控制信号，执行端用接触器控制照明回路，是一个典型的弱电控制强电的系统。同时以环境调光为特色，用弱电的数字信号来调节强电的模拟电压输出，使照明亮度连续可调，又利用计算机可存储的特点，将设定的照明参数、时间参数预先存储起来，达到可预置场景调光以及完成前面提到的各种控制功能。
1.3传统建筑照明控制与智能照明控制的比较
1.3.1线路系统比较
1）单控电路系统比较（表1）。
2）双控电路系统比较（表2）。
1.3.2控制系统比较
1）控制方式比较（表3）。
2）照明方式比较（表4）。
3）管理方式比较（表5）。
2 大型公共建筑灯光控制系统改造
本案例中的大型公共建筑灯光控制系统改造工程主要选择了光纤网络调光立柜5台，共计480回路，其中240路为调光回路，240路为继电器回路。主控板既可以接收DMX512信号也可以接收485网络信号同时还可以接收计算机灯光控制软件的网络信号。主控设备选用定制了100按键485信号控制台和50按键控制台；电脑调光台可控制5台可控硅柜；同时根据需求使负载可实现分组、分项、分路控制，回路可实现多点、异地、不同信号的控制，定制了既能满足集中控制、监控又能达到减少人力资源投入、提升管理水平等智能化需求的控制软件。
2.1 照明配电
大型公共建筑为了确保用电安全可靠，在配电方式上一般采用双路供电，两路电源分别引自设在地下室变电站的两段母线，在工程设计中要事先留出线路竖井。各房间都设有专门的配电小间。此次改造，在整体配电方式上没有做大的变动，只是在个别线路上做一些调整。配电小间内设双电源自动互投切换装置
2.2 灯光场景设置与线路组合
灯光線路的布排问题上，基本遵循了两个原则，第一是合理预设场景使一条线路上的灯尽量少；第二是有限的调光柜所含支路数且不超过每条支路的最高负荷。工程中有上千只灯，不可能每一个灯设一个支路。首先对全部灯进行分区；然后对灯具进行分类，分为槽灯、方灯、花灯、壁灯等；再则对每一种类灯进行拆分，如花灯分花灯“锅底”灯、外圈、中圈等并对其中分电路三项接线；最后根据照度、负荷安排每条支路所带灯，汇集至调光柜，再根据场景组合。
2.3 灯光控制网络系统方案
灯光网络控制系统采用光纤作主干道进行远距离网络传输，数据传输介质采用光纤以太网信号，整个网络结构采用光缆星形结构，每个子网的相关控制设备通过总线交换机转成TCP/IP网络信号后接入以太网交换机，以太网交换机和光纤交换机进行数据转换传输，并以DMX作辅助网络传输控制组成网络。整个控制系统遵守TCP/IP通讯协议及DMX512协议。
系统采用96路调光柜，调光柜带有双路DMX接口、以太网接口、光纤接口、RS485总线接口。在灯光控制中采用了基于PC加总控制台的以太网总线控制和基于调光台的DMX协议控制。为了保证灯光设备的控制信号稳定可靠地传递，且调光柜和调光台距离较近，所以系统调光通路采用DMX512标准协议，从调光柜的DMX接口接入调光台。因DMX信号传递距离大约为299米，其它地方如距离较远可加信号放大器或采用以太网控制。在调光柜中采用可控硅对灯光的电压进行调节实现灯光的亮度调节，为保证灯光的控制可靠性，特定制了可以直放/调光双模式的调光模块，在不需调光，会场灯光必须稳定时，打入直放模式，调光失效，避免因误操作而影响现场灯光效果。
2.4 其它模块的应用
针对单独小厅室，一方面考虑到工作实际需求与改造成本因素，另一方面对以前控制产品进行扩展完备。此次改造采用单独小模块将各小厅室单独控制并入系统。
2.5 软件设计
根据现实需求设计了配合灯光控制的软件控制平台。通过软件可以编制不同场景开关灯方式，监测配电、调光柜中各支路电压、电流等数据，同时连入消防监控探头，可实时监控现场灯光，实现远程有效控制。
3 结语
1）通过对传统建筑照明控制与智能照明控制的对比分析，总结通过照明方式的改变可有效节约建筑耗电量，绿色照明、智能照明是未来建筑照明的发展方向。
2）以工程实例分析了大型公共建筑在实行智能照明控制中应基于现实需求，逐步实现。实行划区域管理，按功能采取不同控制方式。在技术上应采用比较成熟的技术且留出未来可扩展的空间。为其他大型公共建筑实现灯光智能控制提过参考。
3）以大型公共建筑系统改造为工程实例，总结在工程实践中，实现智能灯光控制系统步骤、方法。在设计中要充分考虑配电线路路由的预留，注意支路设置方法以及为维修留有足够的空间等，为具体工作提供借鉴。
参考文献：
[1] 前瞻产业研究院.2013-2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告[R].2013.
[2] 司小雷.我国的建筑能耗现状及解决对策[J].建筑节能。2008.2.
[3] 徐华.浅谈照明控制及智能照明控制系统[J].低压电器，2008.6.
[4] 段程旭，王公仆，谢秀颖.浅谈智能照明技术[C].照明山东学术论文集，2010.12.
[5] 刘明，吴文雄，朱桑，钟林枫.微波无线DMX网络调光技术[J].现代电视技术，2002.9
（作者单位：人民大会堂管理局）
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