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淺析智能照明控制系統(tǒng)在圖書館照明節(jié)能中的應用
更新時間：2022-11-25點擊次數：1116次
淺析智能照明控制系統(tǒng)在圖書館照明節(jié)能中的應用
任運業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司，上海嘉定 201801
摘 要：簡要介紹了一種新型的智能照明控制系統(tǒng)，論述了其系統(tǒng)特點和系統(tǒng)組成；結合該系統(tǒng)對某高校圖書館進行了照明節(jié)能設計。工程應用表明，該系統(tǒng)在公共建筑節(jié)能中有很好的效果。
關鍵詞：高校；圖書館；智能照明控制系統(tǒng)；照明節(jié)能
0 引 言
照明耗電在各國總發(fā)電量中都占有很大比例，根據2004年國家住房和城鄉(xiāng)建設部的統(tǒng)計， 我國照明耗電約占全國發(fā)電總量的10％一12％。 對一些照明時間較長、照明場所較多的機構，如高等學校，其照明耗電占本單位所有耗電的約40％。因此，在保證照明質量的前提下，實施照明節(jié)能措施，可節(jié)約能源，產生明顯的經濟效益。
照明節(jié)能設計是在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質量的前提下，減少照明系統(tǒng)中光能的損失，利用光能。通常使用的節(jié)能措施有以下幾種：
(1)按照GB／T 50034--2004((建筑照明設計標準》規(guī)定的各種場所的照度標準、照明功率密度值。
(2)充分利用自然光。
(3)選用高光效、顯色性好的光源，選擇配光合理、安全高效的燈具，推廣低能耗、性能優(yōu)的光源用電附件。
(4)合理選擇照明控制方式，如采用智能照明控制系統(tǒng)等。
目前的設計中，第一種和第三種方法一般都能達到，第二種方法需要電氣設計人員和建筑專業(yè)協(xié)調，并且需要考慮建筑的立面效果，實際執(zhí)行中有一定難度。第四種方法僅需合理采用新技術，合理布置系統(tǒng)，即能達到理想效果。
目前，我國高校圖書館大部分仍采用傳統(tǒng)的控制方式，即在配電箱內由開關斷路器完成。圖書館的性質決定了其人流量較集中時間段為9：00—11：00、14：00—17：00、19：00～22：00，其余時間人數較少。圖書館的閱覽室管理員和電氣管理人員通常是分開的，因此在圖書館使用人數較少時，便造成巨大的能源浪費。2008年我國南方的大雪更暴露了我國在電力能源上存在的缺陷，因此有必要進行照明的節(jié)能設計。
本次設計以某高校圖書館的照明設計為例，來介紹智能照明控制系統(tǒng)的應用。
1 智能照明控制系統(tǒng)
1．1系統(tǒng)簡介
1．1．1 系統(tǒng)概述
(1)智能照明控制系統(tǒng)根據某一區(qū)域的功能、每天不同的時間、室外光亮度及本區(qū)域的用途來自動控制照明?？蛇M行預設，即具有將照明亮度轉變?yōu)橐幌盗性O置的功能。
(2)照明控制系統(tǒng)分為獨立式、特定于房間式或大型的聯(lián)網系統(tǒng)。在聯(lián)網系統(tǒng)中，調光設備安裝在電氣柜中，由傳感器和控制面板組成的外部設備網絡來操作。聯(lián)網系統(tǒng)可多點控制不同的房間或區(qū)域。
(3)聯(lián)網系統(tǒng)具有標準的串行端口，可更容易地集成到中央控制器。這些接口通常是雙向的，因此，中央控制器可請求亮度變化，然后確認操作。從照明系統(tǒng)得到的信息還可用來確定電能消耗或在房間空閑時模擬實際場景。
1．1．2 系統(tǒng)特點
(1)靈活的可編程控制功能，降壓、限壓幅度及開關燈時間可任意設定。
(2)控制模式有時控、光控、手動控制、時光混合控制、上位機遠程控制及根據使用地點的經緯度自動控制。
(3)具有軟啟動、軟過渡、軟關閉功能，防止過電壓及冷啟動大電流對燈具的沖擊，大幅降低燈具的損壞率。
(4)對鈉燈、汞燈等燈具設有可調的全壓預熱啟動時間，燈具能充分預熱，平穩(wěn)過渡到正常工作狀態(tài)。
(5)實現全夜燈及半夜燈控制。
(6)完善的再啟動功能，當負載故障、外部供電故障結束后，能自動重新點燃燈具。
(7)三相開關燈時間及輸出電壓可獨立調節(jié)，可接不平衡及不同類型的負載。
(8)完善的防雷、過電壓、過熱保護、三相獨立過載保護。
(9)故障報警自動旁路功能，并將故障信號上傳。
(10)具有斷電數據保護功能。在系統(tǒng)斷電時，所設定的參數不丟失，且時針可正常運行。
(11)配有RS一485接口，能實現與上位機之間的信息傳遞。可通過上位機設定并修改參數，能遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
1．2系統(tǒng)組成
照明控制系統(tǒng)是一個總線型式或局域網式的智能控制系統(tǒng)。所有的單元器件均內置微處
理器和存儲單元，由信號總線(雙絞線或光纖)連接成網絡。每個單元均設置單元地址并用，通過軟件設定其功能，輸出單元控制各回路負載。輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯(lián)系。當有輸入時，輸入單元將其轉換為總線信號在控制系統(tǒng)總線上廣播，所有的輸出單元接收并作出判斷，控制相應回路輸出。系統(tǒng)通過總線連接成網。
該系統(tǒng)組成為：配電箱內安裝的調光、開關模塊；供用戶直觀操作、控制燈光場景的控制面板；用于連接照度探測、存在探測等的傳感器；用于實現自動化管理的時鐘管理模塊；用于構成組網的控制總線；用于操作中心集中控制的操作系統(tǒng)。
2 工程應用
該工程為某高校圖書館，建筑高度為42 m，共7層，每層4個閱覽室，每個閱覽室面積為1 000 m2，連廊面積近1 500 m2，連通4個閱覽室。
圖書館藏書量為200萬冊。按GB 50045--1995《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(2005年版)規(guī)定，該圖書館的負荷等級為一級。閱覽室的普通照明用電按三級負荷供電，應急照明按一級負荷供電。公共走道應急照明按一級負荷供電，普通照明按二級負荷供電。因此，在智能照明設計中按不同負荷等級進行設計。
2．1 閱覽室的照明設計
閱覽區(qū)通常是大開間的場所，在實際應用中采用T5熒光燈，配用電子鎮(zhèn)流器，在燈具上做到了節(jié)能?；芈穭澐职匆韵略瓌t進行：
(1)盡量按區(qū)域劃分回路，通常將一個柱內空間作一個回路處理。
(2)與窗平行的燈具盡量分為一個回路，使控制系統(tǒng)可按室外光照亮度情況自動開關切換。
(3)出入El處盡量單獨回路。
(4)應急照明盡量單獨回路處理。
(5)劃分回路時盡量多，以充分利用智能控制系統(tǒng)的功能。
閱覽室配電箱系統(tǒng)圖如圖1所示。閱覽室應急照明應屬于一級負荷，因此采用雙回路供
電，另加燈具自帶蓄電池滿足規(guī)范的要求。應急照明設計與公共走道的應急照明相同。
圖1 閱覽室配電箱系統(tǒng)圖
2．2公共走道的照明設計
公共走道照明采用雙回路供電。應急照明回路采用燈具自帶蓄電池來滿足規(guī)范的要求，蓄電池充電線在斷路器后端取得，不通過該模塊，既起到對該線路的保護作用，又滿足了蓄電池的充電線。
由于應急照明在火災時需要強行點亮，因此在設計時將應急照明和普通照明分別由兩個模塊來控制。應急照明模塊帶AUX接口，火災時能通過火災報警系統(tǒng)傳送的消防干接點信號強行點亮該模塊所帶的燈具。端口接法如圖2所示。
公共走道配電箱系統(tǒng)圖如圖3所示。
圖2 智能燈光控制系統(tǒng)及消防信號連接示意圖
圖3公共走道配電箱系統(tǒng)圖
2．3系統(tǒng)的聯(lián)網設計
控制系統(tǒng)采用總線式控制布線，采用6類4 對雙絞線的非屏蔽電纜。子網的傳輸速度達到9600 baud／s，主干網的傳輸速度達到57 600 baud／s，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到提高。系統(tǒng)連接示意圖如圖4所示。
圖4燈光控制模塊連接示意圖
總線設備的連接方式采用手拉手的設備連接，總線采用單獨穿鋼管敷設，盡量不與強電電纜共用同一線槽。
采用智能照明控制系統(tǒng)后，系統(tǒng)可達到一定的效果：
(1)可使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)。通過配置“智能時鐘管理器"可預先設置若干基本工作狀態(tài)，通常為白天、晚上、清掃、安全、周末、午飯等，根據預設定的時間自動在各狀態(tài)之間轉換。
(2)每個區(qū)域都配置手動控制面板，可隨時調節(jié)房間的工作狀態(tài)及滿意的燈光效果。照明控制系統(tǒng)可保證辦公區(qū)域和公共區(qū)域的協(xié)調工作。
3 安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
3.1 概述
ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網管理云平臺進行數據交換。
3.2 應用場所
適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。
3.3 系統(tǒng)結構
3.4系統(tǒng)功能
1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現場受控回路的開關狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。
2）當發(fā)生模塊離線、網關設備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。
3）可以對單個照明回路實現開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。
4）開關驅動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。
5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。
6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場開關的狀態(tài)。
7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。
8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。
9）系統(tǒng)可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。
10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。
11）系統(tǒng)結構是分布式總線結構；系統(tǒng)內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。
12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。
3.5 設備選型
4 結語
采用智能照明控制系統(tǒng)后，可使系統(tǒng)根據不同時間工作在不同的狀態(tài)，達到了照明節(jié)能的目的。該系統(tǒng)可應用于酒店、辦公樓等公共建筑中。目前，國家正在大力推進建筑節(jié)能減排的任務，相信隨著系統(tǒng)的應用和推廣一定會使建筑節(jié)能達到理想效果。
參考文獻:
[1] 中國建筑標準設計研究院．電氣照明節(jié)能設計
[M]．北京：中國計劃出版社。2007．
[2]GB 50054--2004建筑照明設計規(guī)范[s]．
[3]陳義清. 智能照明控制系統(tǒng)在高校圖書館照明節(jié)能設計中的應用[J]. 現代建筑電氣, 2013, 4(6):5.
[4] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.06版
作者簡介：
任運業(yè)，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統(tǒng)領域。
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