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1系统硬件模块
本系统的设计是基于51系列单片机,由7个硬件模块构成,分别为控制、定时、光控、声控、按键、显示、照明。其中光控、声控模块实现对外界光、声信号的采集与判断;定时实现照明系统的照明时间控制;控制模块采用STC89C52单片机,根据外界光、声及定时信号控制照明电路,切换不同的工作状态以适应外界需求。照明系统架构如图1所示。
1.1 控制模块
本文采用STC89C52单片机,具有8位CPU和系统内可编程Hash,是一种低功耗、高性能微控制器。在本文的设计中控制模块接收定时模块的时间及外部环境的光、声信号,通过判断照明级别,控制照明灯的工作状态,实现照明系统的智能动态化管理。
1.2输入模块
1.2.1定时模块
定时模块采用了DS1302芯片,用于给整个系统提供日期与时间信息,它不仅功耗低,高性能,还具有掉电走时的功能,即使在单片机断电的情况下它也不会停止计时。同时也便于系统对于当前是否到达设定的夜间时间进行判断。
1.2.2光控模块
光控模块中使用光敏电阻来采集光信号,并使用LM393比较器对光信号强度进行判断。图2为光控电路,比较器的同相输入和反相输入端连有电位器,在没有自然光照的情况下调整电位器,将两个输入端的电位保持一致,此时比较器会输出低电平信号。当光敏电阻被自然光照射时,其阻值会大幅度的减小,从而使得比较器的同相输入端电位升高,比较器输出高电平信号。通过比较器输出信号至单片机P1.4端口,单片机可以判断外界光强是否到达阈值强度,模块工作状态的改变。
1.2.3声控模块
声控模块中采用驻极体话筒(图3中用R6电阻替代)采集声信号,它是电容话筒的一种,灵敏度高气声信号强度的判断采用LM393,原理同光控电路,最后信号输出至单片机P1.3端口,如图3所示。
图3声控电路图Fig.3Circuitofvoicecontrolsystem
1.3 输出模块
1.3.1 显示模块
如图4所示,显示电路采用LCD1602液晶显示当前的日期与时间,LCD1602液晶可以显示两行,每行16个字符,夕卜加的电位器可以随时调节液晶显示屏的对比度气
1.3.2 照明模块
如图4所示,照明模块是用2排8个LED灯来模拟照明灯的3种工作状态:熄灭、间隔亮与全亮。当工作在熄灭或全亮状态时,8个LED灯全部熄灭或点亮;当需要间隔亮时,2排LED灯亮起1排,提供强度相对较小的照明。
2 系统软件设计
智能照明系统将时间、光照、声音结合起来判断外界环境的变化,并且为照明灯设置3种工作状态以提供不同的照明强度,分别为全亮、间隔亮和熄灭状态。系统运行流程如图5所示。
图5系统运行流程图Fig.5Flowchartofsystem
在照明灯工作状态控制中,对宿舍楼设置时间为18:00〜次日6:00,教学楼设置时间为18:00〜24:00,称为夜间模式,在设定时间内,照明灯工作在间隔亮状态,提供夜间基本的照明。如果此时声控模块采集到的声强强度大于阈值强度,说明教学楼或宿舍的人流量较大,照明模块会切换至全亮状态,提供高强度的照明,并且在声音信号消失后,还会延时5s再恢复间隔亮的工作状态,以保证夜间活动对照明的需求。
在设定时间之外,如遇到雷雨或雾霾天气,照明系统对外界的自然光强度进行采集与判断,即使未在夜间模式也需要一定的照明,因此当光控模块采集的光强强度小于阈值强度时,照明模块便会工作在间隔亮的状态,保证教学楼或宿舍的基本照明;再通过对声音信号的采集和判断,如果人流量较大,则照明模块又会再切换至全亮状态。
3 系统测试
根据系统的功能要求,对系统在所有情况下的工作状态(预置的设定时间为18:00〜6:00)进行测试,测试电路如图6所示。
图6实际测试电路Fig.6Pictureoftherealtestcircuit
当未到设定时间、光强>阈值时,LED灯熄灭;当未到设定时间、光强<阈值、声强<阈值时,LED灯间隔亮;
当未到设定时间、光强<阈值、声强>阈值时,LED灯全亮;
当到达设定时间、声强<阈值时,LED灯间隔亮;
当到达设定时间、声强>阈值时,LED灯全亮。
由此可见,本系统在各种情况下均按照要求切换工作状态,符合设计要求。
关键词:智能照明系统控制;总线;i-bus系统设计
一、背景
随着社会飞速发展和更新,可持续发展战略已成为我国当前的重要任务。我国住建部计划至2020年在建筑能耗领域,登上新的一级台阶。节能行动,刻不容缓。目前全球经济正朝着一体化靠拢。欧美发达国家本身经济的停滞不前,短期内很难有大型的品牌照明企业出现。并且环境保护成为全球化目标后,全世界的各个国家,特别是科学技术先进的地区,对于照明节能的需求将更为强烈,照明节能对于节约能源、保护生态系统、推动社会进步具有极其重要的意义。数据显示,我国是全球人均能源保有量最低的国家之一。能源的利用效率不足40%,远远落后于发达国家。单位生产量的能源消耗比世界平均水平高出近3倍。相关部门研究表明,我国能源效率每提高一个百分点,直接经济效益可达130亿元。节能关键在于节电,我国或将成为节电市场的最大买家。智能照明控制系统是专门针对照明而开发的先进的智能化系统,能够节约大量的能源和资源,具有巨大的经济意义和社会意义。因此,在实际工程中进行照明控制系统的节能设计势在必行。
二、智能照明控制的工作原理
电子感应技术和利用电磁原理的调压技术是智能照明控制系统的主要技术支撑,实时跟踪系统的供电情况,对电路的电流值等进行自动调节,改善电路情况,从根本上提高功率因数,从而达到照明节能降耗的目的。在目前国际公认较为成熟的智能照明系统中,ABB公司的i-bus系统较为成熟,采用国际通用的EIB/KNX标准。采用总线网络拓扑结构,是i-bus系统的主要工作原理,这使得系统具有10Mbit的通讯数率。使用线路耦合器对支线中的信号进行过滤,过滤后的信号进入主线,进而增加干线速率。因为IP局域网接口和EIB/KNX使用,所以使得数据可以在两者间进行传递。IP网关可以高效地在KNX/EIB系统中进行数据的交换。I-bus总线不能接地,其具有屏蔽能力。开关控制模块具有带电检测功能,可以检测灯光回路的运行情况并且在故障时进行报警。主要应用领域为智能楼宇环境控制系统和智能家居控制系统,其主要控制功能为光控制、中央控制、电动窗帘控制、家居安防控制、温度控制、AV控制系统信号监视等。
三、i-bus的主要特点
1.兼容性:控制系统采用的是国际通用的EIB/KNX标准,可以满足使用者对不同功能的需求。电气安装总线采用大跨度框架及开放式的结构,可以使使用者便捷而迅速地调整建筑物的使用功效或者再一次规划建筑平面。极强的兼容性是该系统的优点,对于不同厂家的软件和元器件,在本系统的通讯中可以达到兼容,能够使系统稳定的运行。系统内部的各个模块都是一个独立的个体,具有独自运行能力,不受其他器件的约束。无论任何的模块损坏或者损毁都不会影响到其他模块的正常运行,这种独立的运行模式使得系统维修保养方便,在对系统进行定期升级或者定期更换元器件时,整个系统仍然可以正常地运行下去。系统的可扩展性也是本系统的一大优点,如果想进行回路的增加,只需要直接添加相应模块,对于系统整体无需进行大改动。
2.安全性:系统只运用一条i-bus总线,没有过多的电缆线路,更没有复杂的线路铺设。在现场只需要总线进行连接,24V的安全低电压连接保证了系统的安全,控制模块不需要复杂的布置,可以安装在配电箱内。
3.灵活性:功能的调整和控制结构的修改十分灵活,对小部分程序进行修改即可完成目标,不需要对布线进行调整。通过物理信息的采集,自动刚系统设置为最优运行状态,方便管理并且节约能源。所有设备均为标准设备,模数化产品采用35mm导轨安装,现在设备才有86盒墙装,各种面板的探测器可以互换,实际应用十分灵活。
4.经济性:系统能够大量减少维护人员,从而节约大量的维护费用,在节约费用的同时,提高了整体系统的工作效率。i-bus系统采用红外线传感器、定时开关技术、亮度传感器调光技术,这些智能化的应用使得系统可以节约大量的电力能源,从而极大地节约了资源。比传统照明节约25%左右电能,投资成本三年内即可收回。
5.长期性:软启动、软关断技术的使用是i-bus系统的又一个亮点,对于各个回路进行缓慢的启动,在一定时间内关断,这样有效减少了冲击电压对器件的损害,极大地延长了灯具的使用寿命。系统可以和消防报警系统、安全防范系统、闭路监视系统一起来构成一个完整的系统。同时采用ABB照明系统和BA系统的大厦,将大幅度提高大厦的智能化程度,增加该物业的亮点,提高大厦的出售和出租率,这些无疑都获得了许多长期的、可观的、潜在的收益。
四、i-bus系统设计实例
以办公楼为例,在办公室各区域设置吸顶探测器,通过吸顶探测器对移动信号进行感应,因信号对灯光和风机盘管电源进行控制,实现工作时间启动照明灯和空调,休息时间自动关闭灯光和空调。根据预先设置的程序,定时开关灯光空调,从而最大限度地节约能源。例如,设置在会议室的智能面板可以对会议室的灯光、空调、窗帘、投影幕布等用电设备进行手动控制。普通办公室通过温控面板对空调进行控制。办公区域的吸顶式移动探测器可以根据环境的照度要求以及使用的空间自动调整开灯数量,确保满足照度需求。
五、总结
在21世纪,能源与资源的高效利用已经成为评估一个国家乃至整个社会发展潜力的重要指标。我国是一个发展中国家,提高能源利用率必将大力推进我国经济建设和社会建设。智能照明控制系统在实际工程中的节能设计,将从根本上进行建筑节能。该领域将成为促进我国未来发展的重要领域。未来我国将成为节能设计及节能产品研发的最大受益者。
作者:周洪涛 姚小春 单位:吉林建筑大学
参考文献:
[1]马鸿雁,韩京京.会展中心照明控制与节能[J].智能建筑电气技术,2010(04).
关键词:智能照明控制系统;智能楼宇;应用;
中图分类号:TM923 文献标识码:A 文章编号:1674-3520(2014)-04-00263-01
因为不成熟的技术以及成本的限制等各种原因,以前仅仅会在一些舞台、会场、以及其他的重点项目等需要特定灯光场景的建筑设施当中对智能照明系统予以运用。目前建筑发展的趋势就是建筑智能化,再加上模块的国产化以及各种智能照明设备具有越来越高的水平,在楼宇建设当中开始广泛的运用到了智能照明系统。本文针对C-Bus智能照明系统在智能楼宇当中的运用进行了分析和探讨,供大家参考。
一、C-Bus智能照明系统的优越性表现
C-Bus智能照明系统的优越性主要在以下几个方面中得到了体现:①C-Bus智能照明系统对先进的电力电子技术予以了充分的运用,可以保证遥控、红外线探测、定时开关、群组控制、多点、双点、单点、集中监控、亮度手动以及自动调节、场景设置、区域等多种照明控制任务的有效完成,同时还可以促进能源利用的不断优化,并使运行费用得到了有效的降低[1];②C-Bus智能照明系统可以以外界环境的变化以及用户的需求为根据,对软件的设置进行修改,而不用对线路予以改动,就能够对照明布局进行相应的调整以及扩充,从而有效的促进改造周期的缩短以及改造费用的降低,并与家居、工业以及商业的不同使用要求相适应;③C-Bus智能照明系统可以实现对分离负载以及控制回路的目的,就算是意外漏电的事故出现在开关面板当中,也可以使人身安全得到充分的保证。④当停电的情况出现在建筑物当中的时候,因为控制指令以及系统状态在每个输入输出单元当中都有预存,所以系统会在供电恢复的情况下以预先设置好的状态为根据实现对正常工作的重新恢复,这样即使在无人值守的情况下,也能够实现用电的可靠性;⑤C-Bus智能照明系统具有一定程度的开放性, 能够有效的与保安及消防系统、楼宇自控系统以及其他物业管理系统联合起来,这样就能够有效的顺应智能楼宇的发展趋势[2]。
二、在智能楼宇当中对C-Bus智能照明系统的运用
(一)C-Bus智能照明系统在办公区照明当中的运用。首先是在职员办公区当中的应用。因为职员办公区具有较大的区域面积,因此可以采用若干个独立照明区域的方式针对员工办公区进行划分,选择场景控制开关作为开关装置,以实际需要为根据可以将各个区域的照明开关开启起来。因为具有比较多的出入口,所以多点控制可以在办公区域内实现,使用人员的操作也变的更加方便。所有办公区域的灯可以在每个出入口实现关闭以及开启,在这种情况下,可以以实际需要为根据,实现就近控制。其次是在经理办公室的运用。作为经理进行会客以及办公的主要区域,经理办公室必须要多样性的灯光对其功能的多样性进行配合。所以一般采用多种可调光源作为经理办公室的灯光配备,可以以不同的实际使用需要为根据,利用不同明暗的系统预设照明回路予以有效的搭配,从而将各种各样的灯光视觉效果创造出来,最终能够实现最符合使用需求的灯光环境。要想对所需要的灯光场景予以调用只要对一个场景按键进行操作就可以了[3]。
(二)C-Bus智能照明系统在多功能厅以及会议室当中的运用。投光灯以及筒灯是多功能厅主席台灯光的主要形式,而立柱壁灯、筒灯以及吊顶灯槽是听众席照明的主要方式。与此同时,还可以将舞台灯光增设在主席台上从而使演出的需求得到满足,由音响专业设备以及舞台灯光等实现对其的有效控制。可以以不同的使用功能为根据采用多种模式对多功能厅进行设置,比如备场模式、入场模式、研讨模式、投影模式以及报告模式等等,在变换所有的场景模式的时候,都要进行1~100秒可调淡入淡出模式的设置,从而能够实现在切换场景的同时,还不会使视觉效果以及会议进程受到影响。
(三)C-Bus智能照明系统在走廊以及大厅当中的运用。利用自动照明控制针对走廊进行照明,在进行正常工作的时候可以保持全开的状态,采用减光照明的方式进行非工作时间的照明。将手动控制开关布置在各个出口以及入口上,在对就地灯具的开关进行控制的时候只要以需要为根据采用手动的方式就可以了。与此同时,可以利用红外移动控制方式进行设置,人来的时候就会自动开灯,当人离开之后就会采取延时的方式予以关闭,从而实现对能源的节约 [4]。
(四)C-Bus智能照明系统在户外照明当中的运用。将C-Bus智能照明系统的开关安装在车库入口管理处,从而进行车库灯光照明的手动控制。可以以车辆的使用以及实际照明情况为根据,采用几个时段的方式对一天的照明进行划分,例如可以进行深夜、晚上、下午、中午以及上午,利用设置软件的方法,在设置的时段当中对灯具开闭的数量进行自动控制,从而实现对区域不同的照度方式的控制,不仅可以有效的利用灯光的照明,还可以促进电能浪费的大大减少,对灯具起到一定的保护作用,促进灯具使用寿命的大大延长。车库照明在系统中央控制主机的作用下会保持在自动控制的状态。在针对具有较大建筑面积的夜景照明进行设计时,由于分散的室外景观照明会用到大量的强电电缆。所以在设计的时候需要以就近原则为根据,与强电配电箱相结合,在控制的时候采用C-Bus继电器单元,用一根 UTP5 线将就近的C-Bus 连接起来,在传输信息的时候利用光纤宽带来进行。将图形化监控界面设置在中央监控计算机上,实现对每条照明回路的关闭以及开启的手动控制。在对整个景观照明的定时程序进行编写的时候利用软件方式来进行,可以划分为重大活动照明场景、节假日照明场景以及平时照明场景。每天在自动开启照明场景的时候,可以对不同时段的照明控制效果进行区分,由计算机实现对全过程的自动控制,从而将大量的人工操作省去了,并有效促进控制准确性的增加。
三、结语
在智能楼宇当中采用C-Bus智能照明控制系统,除了能够促进灯具以及电能的节约,还可以将大量的管理费用以及电费节省下来。要想将科学合理的综合管理机制建立起来,必须要对智能照明系统进行有效的运用,从而促进大楼管理水平的不断提升,最终促进节能高效的实现。
参考文献:
【1】高鹏,吴成东,赵婉祯. 基于C-Bus现场总线的照明控制系统设计[J]. 建筑设计管理.2012(03)
【2】宋海涛.C-BUS智能照明系统简介与应用[J]. 山西建筑. 2011(18)
关键词:地铁车站;智能照明;系统分析
中图分类号:U231.4 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2012)03-0001-03
1 概述
针对昆明轨道交通6号线一期工程的智能照明控制系统,以及便于地铁将来的运营和维护,设备及材料选用标准应有多家制造商支持,产品具有互换性,可做到厂商间无缝兼容;同时,保证系统的开放性,照明控制系统总线协议遵循当今主流建筑智能世界标准、开放的协议,如C-Bus、I-Bus、Dynet、EIB/KNX等,不同厂家的元件、软件在此协议下可以无缝兼容,以保障系统运行、维护的稳定性。
2 系统分析
2.1 系统数据传输特性
数据存取方式:分布式总线存取(CSMA/CA);
数据传输方式:串行异步传输;
数据传输速率:9.6KBit/s。
2.2 系统连接方式
系统采用先进、合理、可靠、廉价的连接方式,满足星型、树状型等多种方式的连接方式,拒绝采用只为手托手的总线方式系统。
2.3 系统安装
现场的照明配电控制箱预留模块安装位置及35 mm标准DIN导轨,所有智能开关继电器及调光驱动模块应能安全、美观地安装在现场和照明配电控制箱内,以便于照明配电系统的统一管理。所用产品必须采用35 mm标准DIN导轨安装。
2.4 系统网络
采用先进、成熟的分布式照明自动监控系统,通过网络总线将分布在各现场的控制器联接起来,共同完成中央集中管理和分区本地控制。
所有照明回路采用多种控制形式,即可以集中控制、区域就地控制;中央监控功能停止工作不影响各分区功能和设备运行,总线通信控制也不应因此而中断。系统具有可扩展性,且具有编程插口,便于运营在使用手提电脑在任意点进行系统维护。
2.5 系统集成
能实现与综合监控系统、通信系统等,其他独立设置的智能化系统联动控制和实现集成的要求,具备各系统间通信联网和联动控制的硬件接口和软件接口的选择。
3 智能照明控制系统的结构和功能
昆明地铁站共有4个站台采用西门子智能灯光控制系统,分别是东部客运站、大板桥站、交通枢纽站、航空港南站。主要的控制区域是站台层、站厅层等的公共照明。
3.1 灯控系统功能
灯光开关/调光控制;灯光定时控制;光照感应控制;场景控制;系统集中控制;就地面板控制。
3.2 系统网络构架设计
智能照明系统采用通过网关接入BA系统的方式,智能照明监控软件(IPAS)安装到BA监控平台上。具体系统见图1。
图1 智能照明系统网络构架图
3.3 系统设备配置
几个分站的系统配置设备见图1,以下是针对每个分站配置的设计说明:
3.3.1 东部客运站
东部客运站设计是采用地面站厅换乘层,地下一层站台层形式。依据车站的照明系统图的回路分布,系统设备主要选用室外光照度传感器、时间控制器、开关执行器自动控制灯光回路的开关。
(1)系统组网:采用IP网络路由器N146实现与监控PC的以太网通讯。系统IP网络路由器下的KNX总线设备由线路耦合器N140、电源和N125/21、开关执行器、DAIL网关等设备组成。
(2)开关控制:依据室外照度传感器AP254/02的照度值和时间控制器的时间,设定计划表直接通过3路开关执行器(16A/路)主模块带电流检测的N512/11和3路开关执行器子模块带电流检测(16A/路)N567/12实现灯光的开关控制。
(3)时间控制:根据各站台及地铁运行的实际情况,通过时间控制器N371实现不同时间点的灯光开关控制。
(4)系统集成接口:通过选用OPC接口实现集成到PLC等楼宇自控系统的集成平台。
3.3.2 大板桥站
大板桥站车站是采用高架岛式三层车站形式。依据车站的照明的系统图的回路分布,系统设备主要选用室外光照度传感器、时间控制器、开关执行器、DALI调光控制器实现自动控制灯光回路的开关和调光回路的亮度调节。
(1)系统组网:采用IP网络路由器N146实现与监控PC的以太网通讯。系统IP网络路由器下的KNX总线设备由线路耦合器N140、电源和N125/21、开关执行器、DAIL网关等设备组成。
(2)灯光开关控制:依据室外照度传感器AP254/02的照度值和时间控制器的时间,设定计划表直接通过3路开关执行器(16A/路)主模块带电流检测的N512/11和3路开关执行器子模块带电流检测(16A/路)N567/12实现灯光的开关控制。
(3)灯光调光控制:应用DALI调光控制器N141实现带DALI整流器的荧光灯与LED灯的调光控制。N141可以控制64个带有DALI的可调光ECGS。具体依据室外设置光线亮度传感器,实时控制站台外部走道的公共照明。
(4)时间控制:通过时间控制器N371实现不同时间点的灯光开关与调节控制。
(5)系统集成接口:通过选用OPC接口实现集成到PLC等楼宇自控系统的集成平台。
3.3.3 交通枢纽站
综合交通枢纽站采用地下一层侧式车站形式。依据车站的照明的系统图的回路分布,系统设备主要选用室外光照度传感器、时间控制器、开关执行器、DALI调光控制器实现自动控制灯光回路的开关和调光回路的亮度调节。
(1)系统组网:采用IP网络路由器N146实现与监控PC的以太网通讯。系统IP网络路由器下的KNX总线设备由线路耦合器N140、电源和N125/21、开关执行器、DAIL网关等设备组成。
(2)灯光开关控制:依据室外照度传感器AP254/02的照度值和时间控制器的时间,设定计划表直接通过3路开关执行器(16A/路)主模块带电流检测的N512/11和3路开关执行器子模块带电流检测(16A/路)N567/12实现灯光的开关控制。
(3)灯光调节控制:应用DALI调光控制器N141实现带DALI整流器的荧光灯与LED灯的调光控制。N141可以控制64个带有DALI的可调光ECGS。具体依据室外设置光线亮度传感器,实时控制站台外部走道的公共照明。
(4)时间控制:通过时间控制器N371实现不同时间点的灯光开关与调节控制。
(5)系统集成:通过选用OPC接口实现集成到PLC等楼宇自控系统的集成平台。
3.3.4 航空港南站
航空港南站采用地下两层岛式站台车站形式。依据车站的照明的系统图的回路分布,系统设备主要选用室外光照度传感器、时间控制器、开关执行器、DALI调光控制器实现自动控制灯光回路的开关和调光回路的亮度调节。
(1)系统组网:采用IP网络路由器N146实现与监控PC的以太网通讯。系统IP网络路由器下的KNX总线设备由线路耦合器N140、电源和N125/21、开关执行器、DAIL网关等设备组成。
(2)开关控制:依据室外照度传感器AP254/02的照度值和时间控制器的时间,设定计划表直接通过3路开关执行器(16A/路)主模块带电流检测的N512/11和3路开关执行器子模块带电流检测(16A/路)N567/12实现灯光的开关控制。
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(3)时间控制:通过时间控制器N371实现不同时间点的灯光开关控制。
(4)系统集成接口:通过选用OPC接口实现集成到PLC等楼宇自控系统的集成平台。
4 工程接口
4.1 与综合监控系统、车场智能化集成系统的接口
EIB智能照明控制系统与综合监控系统、车场智能化集成系统的接口采用以太网接口(RJ45),通讯协议为TCP标准协议,通过TCP网关与综合监控系统连接。
EIB智能照明控制系统具有在图形画面集中监视、控制所有照明设备的功能,并设有用户安全及使用权限管理。综合监控系统及车场智能化集成系统具有照明状态监视、运行状态时间(段)记录、停运和应急状态联动等功能。正线车站智能照明控制系统与综合监控系统接口位置在车控室智能照明系统网关设备接线端子。车辆段和停车场智能照明控制系统与车场智能化系统接口界面在消防控制室智能照明系统网关设备接线端子。
车站智能照明控制器和手动面板安装在车站车控室IBP盘上,综合监控系统在IBP盘上预留安装位置和空间。车辆段/停车场综合维修楼的智能照明控制器嵌入式安装在消防控制室操作台,车场智能化系统提供安装位置并预留安装条件。
4.2 与通信系统(公共广播系统)的接口
智能照明控制系统与通信系统(公共广播系统)的接口在通信设备室内智能照明模块的上进线处,通信系统(公共广播系统)预留无源干接点,单侧站台屏蔽门需2路无源干接点,标准单岛两侧站台需4路无源干接点,每车站无源干接点数量由站台数量定。通信系统(公共广播系统)提供智能照明模块的安装位置和空间,安装空间按100 mm(长)×100 mm(宽)×15 mm(厚)预留。智能照明模块应满足至少5 m的干接点信号传输距离(无源干接点至智能照明模块的接线距离)。
通信系统(公共广播系统)负责从干接点接线至智能照明模块上进线,接线采用低烟无卤屏蔽多芯控制电缆,单芯截面不小于0.5 mm2,控制电缆芯线数量由干接点数量决定,每路干接点需两根芯线,控制电缆应至少预留两芯线。模块出线接至照明配电室由低压配电专业负责,常规安装承包商负责施工和安装。
通信系统(公共广播系统)干接点给EIB智能照明控制系统提供列车即将到达车站信息和列车离站信息,EIB智能照明控制系统通过智能照明模块接收干接点信号,并实现对屏蔽门上方LED综合节能照明装置的调光。
4.3 与LED综合节能照明装置的接口
智能照明控制系统与具备数字可寻址照明接口(DALI)的LED综合节能照明装置通过DALI数据总线连接,实现LED综合节能照明装置开关、调光、状态检测、亮度设置等功能。
5 结束语
智能照明控制系统是随着建筑智能化技术的不断提高,在建筑物中日益普及应用的一种智能化系统。地铁照明采用智能照明控制系统的特点是突出的,有一定的优越性,智能照明控制系统已日趋完善、成熟,由于其灵活、细腻、专业的特点,地铁采用智能照明控制系统应该是一种发展趋势。
参考文献:
[1]贾景.智能照明系统在广州地铁新线中应用的可行性研究[J].机电工程技术,2010(5):100~103.
[2]赵军,赵勤.地铁车站照明智能化方案探讨[J].铁道标准设计,2000(12):58~59.
[3]向东.广州地铁四号线照明控制系统研究[J].建筑电气,2007(12):49~51.
The Analysis of Intelligent Lighting System for Subway Station’s Public Area
Zhang Yajun
Abstract: The article analyzes the intelligent lighting system of subway station’s public area, including data transfer, connection, installation, networking, integrated systems, introduces the structure and function, indicates its network architecture design and system configuration, describes the system engineering interface with other systems, and represents that subway lighting system with intelligent lighting control is a developing trend.
关键词 LED;光照设计;电气设计;智能控制系统
1 绿色智能照明系统的特点
随着社会的发展,科技日益进步,能源短缺问题越来越严重,绿色环保的口号越来越响亮。某些省市已经开始要求公共照明领域全面普及绿色环保LED 照明。绿色照明系统开始成为节约能源的重要措施。“绿色智能的照明系统”要求系统选用光效高的优质节能的照明产品(如LED照明),并通过先进的照明控制方法对照明系统进行合理控制,从而创造出一个功能合理、经济适用、节能环保的照明环境。
LED最主要的特点就是绿色节能。它由环氧树脂封装,具有很高的安全性;光源的效率很高,比普通灯具节能,在达到同等的光照条件下,可以比荧光灯节省67%的能耗,且没有频闪照明质量高;LED光源的光衰量很小,只有3%左右,可以保证正常使用十年不用更换,维护量很低;同时,LED光源不含汞等重金属,不会对环境造成危害,它的适应场合广泛,不受起动点燃和再启燃时间的限制等。基于LED的这些特点,它已经成为绿色照明的代名词。
本文所讲的绿色智能照明系统不仅要为人们的工作、学习和生活提供良好的照明条件,能够利用灯具的造型、电光源颜色的变化营造出舒适美观的室内环境,具有绿色环保智能的特点,同时还具有操作简单便捷、管理智能方便以及能适应未来照明系统的发展,并留有一定的扩展空间的特点。
2 绿色智能照明系统的设计步骤
绿色智能照明系统的设计跟普通照明系统的设计步骤一样,分为两个步骤,第一步光照设计,第二步电气设计。本文以教学楼为例进行设计。
2.1 光照设计
教学楼室内照明光照设计主要包括照度的选择、光源的选用、灯具的选择与布置等方面。在进行光照设计时,要渗透节能的设计理念:即充分利用自然光,尽量选择节能、高效率灯具。可依据配光、光色的要求和环境条件以及起动点燃和再启燃时间等光电特性指标来选择光源和照明器。选用电光源时应综合考虑照明设施的要求、使用环境以及经济合理性等因素。要尽可能使用高效的光源,同时还应考虑显色性、色温等其他性能要求,以及初期投资和年运行费用等问题。
本教学楼绿色智能照明系统中选择的灯具和电光源都属于LED产品。常见LED的电光源(灯泡)规格3W~12W,但其亮度可达同功率的荧光灯的3倍左右。LED的灯具目前也有各种款式,更方便的是目前生产的LED灯泡跟普通灯泡的应用方式一样广泛,在普通灯具中应用小功率的LED光源不失为良策。
绿色智能照明系统的光照设计除了照明的电光源选择的是LED外,其它选择普通照明系统的光照设计基本一样。
2.2 电气设计
绿色智能照明系统的电气设计是在光照设计的基础上进行的,其主要任务是根据光照设计的要求,选择供电电压、配电方式;进行负荷计算,选择导线型号、截面及控制与保护电器的规格型号;选择控制方式;选择保护方法;想办法减少电气部分的投资和年运行费。
对电气设计最基本的要求就是安全、经济、美观、可靠、便利和发展。
照明系统电气设计的步骤如下:
1)收集原始资料,主要了解电源情况,照明负荷对供电连续性的要求;2)根据照明负荷性质确定供电电源形式;3)确定照明配电系统,包括配电分区的划分,设多少个配电箱,各配电箱供给的区域、楼层,确定配电箱的安装位置及方式,确定电源点至各配电箱之间的接线方式;4)确定灯具的开关控制方式,以便确定开关的数量和安装位置,要尽可能地分散控制;5)确定照明线路各级保护设备,确定照明配电系统的接地型式及电气安全措施;6)进行负荷计算、电压损失计算、无功功率补偿计算和保护装置整定计算;7)选择导线型号、截面及敷设方式;8)确定电能的计量方式。
绿色智能照明系统的电气设计和普通照明系统的光照设计基本一样。
2.3 教学楼楼道等公共区域照明系统设计
目前的教学楼楼道等公共区域一般采用的是普通电力照明,对于需要频繁启动的场所,如楼梯、走廊等,只能采用耗能的白炽灯,因为节能荧光灯不适合频繁启动的场所,如果频繁启动,会大大减少其使用寿命。从最基本的节能角度来讲,在以上这些区域完全可以使用LED灯泡取代白炽灯。
从更节能的角度来说,因为LED灯泡的功率低,利用太阳能转化为电能可以满足教学楼公共区域的照明要求。
教学楼楼道等公共区域照明系统的设计构成原理如图2 所示。太阳能光伏组件用来把太阳能转化成电能, 一般安装或集成在太阳能丰富的地方,如无遮蔽的建筑物顶部,有时也可以根据需要安装在建筑物的南立面。蓄电池组最主要的功能是存储太阳能转换的电能,辅助功能有管理蓄电池的充电情况、控制负载的工作状态等。目前的蓄电池组还要一些扩展功能,如延长蓄电池的使用寿命、提高充电效率、防止负载或系统无效工作状态的发生。逆变器主要用来转换电压,将蓄电池组中输入的直流电转换为交流电,供给交流负载使用。
关键词:智能照明;超前调节;电压预测;照度
中图分类号:TP
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)09-0335-02
1 背景
随着我国体育事业的蓬勃发展,全国各地每年都要新建和改造大量的体育建筑,并在其中大量应用智能照明系统。它是根据某一区域的功能、每天不同的时间、馆内外光亮度或该区域的用途来自控制照明。其中最重要的一点就是可进行预设,即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。可由调光器系统或中央建筑控制系统自动调用智能照明系统。智能照明系统在体育建筑中具有重要的地位,可以比喻为体育建筑中的照明控制的“中枢神经”系统。
2 总体方案设计
2.1 照明光源的选择
高压钠灯可以进行调光,只要采用合适的措施保证灯在交流的每半个周期能重复点火,高压钠灯的光输出就可以调低至正常值的10%。通常是调到正常值的一半。这时,系统的功耗减少到正常值的65%。所以,针对场馆照明的特点和要求,在本研究中采用的灯具为高压钠灯。
2.2 控制设备的选择
目前国内照明节能主要的途径有两种。一是采用高效的节能型光源,也就是使用发光效率高的灯泡或灯管,二是在现有照明系统上加装节能控制设备。从实际应用的角度来看,第一种方案适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统,因需更换所有灯具,初期投入资金和人力比较大,在不能分批分次更新灯具的照明场所,这样做一次性投入太大。对现有照明系统的节能改造,一般采用加装节能设备较为经济和实用。目前国内销售的照明节能设备很多,其中照明控制调控装置所占比例最大。从工作原理上大致分为可控硅斩波型照明节能装置、自耦降压式调控装置和智能照明节电器。
智能照明调控装置采用微电脑控制系统,实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较,通过计算进行自动调节,从而保证输出最佳的照明系统工作电压。这类照明节电产品成本略高于前两种,可实现智能照明调控、有效保护电光源、降低电能消耗的功能,使用的经济性和可靠性远远好于前两种产品,是目前国际上比较成熟的照明控制解决方案。
3 总体方案
由于高压钠灯传递函数具有惯性特性,基于这一特点可以对电压波动进行预测。使得调压控制有了提前量,既能减少电压波动对灯具的影响,又达到节能目标。控制器CPU选择为51单片机。调压部分选择自耦变压器进行二进制调压。调压范围为0-30V,调压最小幅度为2V。由单片机控制晶闸管的导通与关断来选择是否接入自耦变压器。出于对电网无功的考虑,还需进行功率因数的补偿。由电压电流采样值计算功率因数,单片机决定是否投入补偿电容。以下是系统工作框图1。
控制器的核心部分是采样调压电路。它采用二进制调压方式,由自耦变压器和晶闸管组成。晶闸管组相当于矩阵式开关。单片机通过计算判定接通哪几个晶闸管来控制自耦变压器的接入,实现调压功能。以下是采样调压部分工作框图2:
图2 调压部分框图
4 调压电路设计
控制电路的核心是二进制调压器,这是稳压和节能的主要功能部件,包含三个三相变压器。变压器原边额定电压相等,均为240V,副边额定电压按2的整数倍递增,分别为2V、4V、8V、16V,因此又叫做二进制变压器组,该稳压器也叫做二进制稳压器。稳压器的副边串联在负载中,对电网电压起补偿作用,当电网电压大于稳压值或小于稳压值时,控制器根据偏离稳压值的大小,决定该投入的变压器组合。例如,稳压值为220V,当电源电压为234V时,控制器检测到输出电压升高,然后通过控制继电器的关断、导通,改变接触器开关,接触器控制着变压器的工作或者短路,此时让2V、4V、8V变压器投入,刚好可以调整输出值到220V。
考虑到一个十进制数总可以用有限位二进制表示,如:
10=8+2=(1010)2
15=8+4+2+1=(1111)2
28=16+8+4=(11100)2
这样,如果有副边额定电压为20、21…的变压器可供选择投入,那么对所有的电网电压Ui,都能投入相应的变压器,使输出U0不变。投入的变压器选择原则是将Ui、U0的偏差转化为二进制,1所代表的就是投入相应的变压器。主电路(单相)电路图如图3所示:
图3 调压器主电路
工作原理为:
U0=Ui=S0(S1×2+S2×4+S3×8+S4×16)
其中,Si(i=1,2,3,4)=1,0。当Ui≥U0时,Kn闭合,Km常开,S0=1;当时,Km闭合,Kn常开,S0=-1。1表示导通,0表示断开。
为了吸收晶闸管动作时产生的瞬时能量和短暂的电压冲击,在每一相反并联的晶闸管上并联上缓冲电路,缓冲电
路由电阻和电容串联组成,缓冲电路同时能够减小晶闸管
器件的电压上升率dV/dt,从而防止误触发及保护晶闸管不被损坏。
晶闸管组K1、K5控制2V变压器的投入,K2、K6控制4V变压器,K3、K7控制8V变压器,K4、K8控制16V变压器。取1表示投入,取0表示短接。如当Ui高于额定电压U0时,各系数的取值和晶闸管状态如表1。
表1 Ui≥U0时触发状态表S0=1
调整电压S1S2S3S4KmKnK1K2K3K4K5K6K7K
由表1可知:
(1)稳压系统可调电压2V、4V、6V、8V、10V、12V、14V、16V、18V、20V、22V、24V、26V、28V、30V,允许电网电压为:220±30V,变化幅度为额定电压的13.6%,完全可以适应低压照明系统的电压变化。
(2)最大偏差2V,小于额定电压的1%,精度高。
(3)电压调节不是连续调节,是在电压变化达到一定幅度时才动作
(4)晶闸管的闭合、打开,由单片机直接控制,因此控制准确,可靠性非常高。
参考文献
[1]陈白瑶,刘启彬.体育场的电气设计与智能化[J].照明工程学报,2008,(4):45-47.
关键词:智能 建筑照明 控制系统
随着现代建筑科学技术的不断进步和发展,人们物质文化和精神生活水平迅速的提高,智能化已经成为当今建筑发展的主流技术,涵盖从空调系统、消防系统到安全防范系统以及完善的计算机网络和通信系统。但是长期以来,智能照明在国内一直被忽视,大多数建筑物仍然沿用传统的照明控制方式,部分智能大厦采用楼宇自控系统来监控照明,但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。相比之下,智能照明系统体现出强大的优越性,它在智能建筑中的应用越来越广泛【1】。
一、智能照明系统在智能建筑中的应用效果
(一)实现照明控制智能化
采用智能照明控制系统,可以使照明系统工作在全自动状态,系统将按先设定的若干基本状态进行工作,这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。例如,当一个工作日结束后,系统将自动进入晚上的工作状态,自动并极其缓慢地调暗各区域的灯光,同时系统的移动探测功能也将自动生效,将无人区域的灯自动关闭,并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。此外,还可以通过编程随意改变各区域的光照度,以适应各种场合的不同场景要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平【2】。
(二)改善工作环境,提高工作效率
传统照明系统中,配有传统镇流器的日光灯以100Hz的频率闪动,这种频闪使工作人员头脑发胀、眼睛疲劳,降低了工作效率。而智能照明系统中的可调光电子镇流器则工作在很高频率(40~70kHz)不仅克服了频闪,而且消除了起辉时的亮度不稳定,在为人们提供健康、舒适环境的同时,也提高了工作效率。
(三)可观的节能效果
智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术,能对大多数灯具(包括白炽灯、日光灯,配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等)进行智能调光。当室外光较强时,室内照度自动调暗,室外光较弱时,室内照度则自动调亮,使室内的照度始终保持在恒定值附近,从而能够充分利用自然光实现节能的目的。除此之外,智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式,通过智能化管理实现节能。
(四)提高管理水平,减少维护费用
智能照明控制系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理,不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去,而且将大大减少大楼的运行维护费用,并带来较大的投资回报。
二、智能照明控制系统的重要性
智能照明控制系统是为了适应各种建筑的结构布局以及不同灯具的选配,从而实现照明的多样化控制。现有的智能照明控制系统主要分为中央集中控制系统及分布式控制系统两种。
对于一个完整的办公楼智能照明控制系统来说,办公区是办公楼的主要组成部分,采用智能照明控制系统,可使其照明系统工作在全自动状态。通过配置的“智能时钟管理器”可预先设置若干基本工作状态,通常分为白天、晚上、清扫、安全、午饭等,根据预先设定的时间段可自动的在各种状态之间进行转换。智能照明控制系统还能保证办公区域和公共区域协调的工作。如:办公区域有员工值班时,电梯厅、走廊等公共区域的灯就保持基本的亮度,只有当办公区域的人走完后,才将灯降低到安全状态或关掉,避免不必要的能源浪费。
三、智能照明控制系统的优点
智能照明控制系统与传统照明控制系统相比,在控制方式、照明方式、管理方式以及节能方面等均有不少优点。
首先在控制方式和照明方式上,传统照明控制采用手动开关,只有开和关,而且只能一路一路地开和关。而智能照明控制采用调光模块,通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果,营造出不同的舒适的视觉氛围。其次,智能照明控制系统由于使用了自动化照明控制,智能利用光照以及通过网络,只需一台计算机就可对整个大楼的照明实现合理的能源管理自动化,不仅减少了不必要的耗电开支,同时也降低了用户的运行维护费用。另外,在智能照明控制系统中,由于可通过系统人为地设置电压限制,可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击,从而起到保护灯具,延长灯具使用寿命的作用。
四、智能照明控制系统的设计方法和步骤
智能照明控制系统的设计一般都是在灯光设计和照明电气设计部分完成之后来进行的。其设计一般可分为:
第一步:编制照明回路负载清单。在这过程中应注意:首先每条照明回路的灯具应该为同类型的灯具,这样才便于调光模块的选择和配置。而且每条照明回路的灯具控制性质应该是相同的,是普通供电或同为应急供电。其次,应核对每条照明回路的最大负载功率是否在需要选择的调光器允许的额定负载容量之内。最后,还要对一些照明回路的划分作适当的调整,使其更适合场景配置的需要,使各路灯光可组合构成一个优美的照明艺术环境。
第二步:按照明回路的性能选择相关的调光器调光器是智能照明控制系统的主要部件,而对于不同类型的灯具应该选用不同适合他们的调光器。比如对于冷阴极灯(发光、霓虹、充气),这类灯采用电压变压器工作,所以应采用前沿相控调光器。而对于包括金属卤化物灯在类的各种气体放电灯则应该选用正炫波电压调光器。
第三步:按照明控制要求选择控制面板和其他相关控制部件。
第四步:选择附件和集成方式。
第五步:编制系统设备配置表。
五、结语
从以上对智能照明控制系统的介绍,我们知道智能照明控制系统不仅可以满足和实现不同的灯光效果要求,实现照明的高层次智能管理,改善工作环境,提高工作效率,还可节约能源,延长灯具寿命,减少用户维护费用。随着建筑和照明技术的进步,照明和建筑融为一体,照明已成为建筑艺术的一部分,让我们大家共同努力,将更多、更好的智能照明控制系统应用到智能建筑的设计中去,营造出艺术、智能化的光环境,赋建筑与生命。
参考文献
[1]杨力群.照明设计与节能分析.资源节约与环保.2010.(01):59—60
关键词:智能电气;消防;照明;
中图分类号: R857.13文献标识码: A 文章编号:
1.前言
现代都市的建筑逐渐向高层化、大型化、多功能化及复杂化发展,这就导致了建筑物的通道更长、更复杂。而对于消防疏散来说,在火灾发生时如何使逃生更安全、更迅速,就成了摆在面前的一大课题。
2.智能应急照明系统的组成及应用
2.1智能应急照明系统的组成
新修订的《民用建筑电气设计规范》规定:“疏散照明宜在消防控制室或消防值班室集中手动、自动控制。”使用智能应急照明及疏散指示系统能很好地实现应急照明的集中手动、自动控制。同时智能应急照明及疏散指示系统和报警系统联动,在火灾发生时调整应急指示方向,使逃生者得到生存的机会。
某工程为综合性会议中心,是市区一个意义重大、人员相对密集的场所,本工程采用中央智能数字点式监控消防应急疏散照明指示灯系统。该应急疏散照明指示灯系统由智能终端(T1,T2,……TN),数据传输网络(RS485)和服务器三部分构成。其中数据传输网络由485总线、载波传输、无线局域网构成。不同传输模式的总线能驱动的终端数量不一样,因本工程网络比较庞大,所以采用集中器(C1,C2,……CK)组成多层网络的方式来扩大系统的容量,如图(1-2)所示。
2.2智能应急照明系统的服务器
智能应急照明系统中,服务器主要用来管理设备数据,自动分配终端通信地址, 险情信息,定期打印维护报表。一下是对服务器各个模块的介绍。
2.2.1显示器
智能应急照明系统采用液晶显示屏作为显示操作界面。系统设置、功能操作等完全中文菜单化。用户可在菜单上查看系统中任意设备的数据,以了解系统的运行情况和操作整个系统。
2.2.2指示灯
指示灯控制面板上分为信号指示灯,命令控制按钮和打印机。
信号指示灯:指示各个设备是否正常工作,终端是否异常,系统是否发生故障,是否处应急状态。
面板上的信号指示灯描述如下表:
主电 220V供电的情况下,指示灯亮;
220V断电,指示灯灭,并应急指示灯亮,灯具进入应急状态,蜂鸣器报警
充电 控制器内部电池电压不够的情况下(默认设置是低于13.1V),会启动充电,指示灯亮;
应急 系统进入应急状态时,灯亮;系统恢复正常,灯灭。
Ups
故障 1、当接电池的线路短路时,该指示灯立即亮;
2、当接电池的线路开路时,该指示灯2分钟内亮(可配置);
3、电池无开路和短路故障时,指示灯灭
灯具
故障 1、灯具有故障时,灯具故障灯亮,蜂鸣器报警,打印机打印对应的故障,在“终端实时故障”查询中,查询终端故障现象。
2、灯具故障恢复正常时,灯灭,蜂鸣自动停止报警。
联动
通讯 与火灾报警系统通信的过程中,灯亮;与火灾告警器通讯断开时,灯灭
命令控制按钮:发送相应的命令指示,指示系统或终端操作。
面板上的控制按钮描述如下表:
2.3智能楼宇集中器模块
智能楼宇集中器模块内部安装了两个RS-485集线器,RS-485集线器提供4-8口RS-485信号集中功能,它能够把一路RS-485总线分割为4路RS-485总线,或者把四路RS-485信号汇集到一路RS-485总线上来,并且每个端口都具有光隔、短路、开路保护功能。在系统发生故障的时候,内置的控制器能够及时的切断有故障的端口。使RS485集线器保证每一端口都起到独立工作,达到互不干扰的效果。以下是集中器中的各个分模块。
智能电源:其内部安装了一个蓄电池。当系统主电断电后,该电池为系统提供电源。蓄电池饱合时,能供应系统正常工作两个小时。
智能主机:它除了一个计算机主板之外,另安装了一个UPS稳压器,起稳压作用。智能主机是上位机中最重要的部分,它与显示器共同显示图形界面,控制系统,处理用户指令,并发送指令。
传输网络是终端和服务器之间采用的有线和无线两种网络通信方式。智能终端是具有动态通讯地址和可变向指示功能的消防应急指示灯。消防应急照明灯将建筑内的所有应急灯与智能消防报警系统联动起来,利用报警信号作为智能消防应急疏散指示系统的输入信息,由智能消防应急疏散指示系统对信息进行处理,最后智能控制消防应急标志灯指示方向,应急照明灯开启,帮助人群选择最佳逃生路线。
2.2.智能应急照明系统的应急疏导功能
表(1)(2)为层楼宇的智能疏导示意图,假设表(1)中E2位置发生火警(表中红色背景单元),每个应急指示灯在收到火警广播后,按照黄色箭头指示方向闪烁指示灯,指导逃生人员到达安全出口。表(2)中由于火势蔓延到E2,E3,F2,G2位置,每个智能应急指示灯在收到火警广播后,重新调整逃生路径,如图(2)黄色箭头指示的方向闪烁指示灯。
表(1)智能疏导系统火警发生时刻疏导示意图
表(2)智能疏导系统火警扩大后疏导示意图
智能应急终端定期进行自动检测,检测项目包括电池的电量,充放电时间和温度以及LED灯的状态,每次检测的结果通过网络发送到服务器,服务器软件自动将智能终端的设备状态制作成报表,列出故障设备。系统维护人员只需参考报表就能得到故障终端位置和所有终端设备的老化程度,从而快速高效地进行系统维护。
3.结束语
智能应急照明系统全面地考虑到了消防应急系统的实际情况,可以灵活拓展,采用系统重组解决火灾现场的疏散照明和指示问题,为使用方提供解决方案。随着社会的不断进步,科技的不断发展,智能应急照明系统将会逐完善其功能,顺应市场及用户的需要,使其在火灾发生时发挥更大的作用。随着智能应急照明系统的不断发展,越来越多的新兴建筑内将会使用该系统。
参考文献
在爱迪生发明电灯的两百多年后的今天,照明已经与人类的生活密不可分。不论是为了满足夜间视线需求路灯,到商店的吸引人目光招牌,照明在不同情境下都扮演重要的角色。随着人们对光线的需求越来越多样化,调控的方式也越来越多元。以往对于电灯的控制只需要开与关,发展到现在,电灯可以调暗调亮,甚至改变颜色等等,大大的丰富了人们生活的情境。
照明不仅在控制型态上发展的更为复杂,灯具本身也有很大的进步。由于近年来能源危机议题持续发烧,而照明与空调耗电就占了整体民生用电的79%,若是能改善灯具的发光效率,对于节约能源有相当的帮助。近年来各国已订定政策与时程,将逐渐地淘汰较为耗电的白炽灯,进而鼓励民众使用较为环保、耗电量低的节能灯具。
在众多节能灯具中,LED灯具一直是受到注目的产品。根据市场预测分析,到2013年的LED照明市场产值将达137亿美元。目前全球的照明大厂如飞利浦(Philip)、殴思朗(Osram)以及奇异(GE),均已积极投入开发。从应用技术面来说,照明网络化与智能化是LED照明产业的重要趋势。所谓照明网络化代表着每个灯具都具有被寻址的能力。透过寻址的方式,让每个灯具都可以下达命令到网络来控制各个灯具,并随时的监测灯具的使用状态。要实现这样的功能必须要有良好的通信接口来处理网络配置的需要,在众多的通信标准中,ZigBee可说是一个极位适合的选择。
ZigBee与LED智能照明
ZigBee是由ZigBee Alliance所提出的无线通信标准,这个标准是建构在IEEE 802,15.4之上,所使用的是2.4GHz频段。ZigBee标准的应用主要定位在短距离(10m以内),低速率(250kbps以下)的数据传输。此外,ZigBee具备星状(start)、树状(tree)以及网状(mesh)的网络拓扑型态,能够满足许多应用情境的需要。而近年来有许多的应用情境以成为未来的趋势,ZigBeeAlliance也为这些应用领域制定了相关规范(profile),其中包含了Building Automation (BA)、SmartEnergy(SE)、Home Automation(HA)等9种类别,其中与照明相关的定义在HA的范围里。
一般来说,在需要照明的场所中,灯具与灯具间的距离都不会太远,而控制命令与灯具状态的的信息量都不会太大,所以很适合利用ZigBee作为通信及控制的接口。ZigBee还有一项计大的好处就是能自动地产生互连的网络。只要连上电源,各个节点就会尝试互相沟通,最后达到一个能互相通信的网络环境。这样一来,就可以大大的减少在网络设定上的负担,也降低了导入整个照明系统的门坎。而照明系统在结合ZigBee之后,便有更多的控制选项来满足不同情境需求。而智能照明系统不仅可以在光线不足的情况下提供照明,同时也达到供安全指引,环保节能及有效管理的目的。近年在一般的建筑内的场所,逐渐开始使用智能照明系统来涵盖室内的照明需要,例如在办公室或会议室,透过感测网络监测室内外的光线明暗,进而控制灯具的亮度达到节能的目的。而照明系统也能针对用户所需要的情境做出正去的反应,像是简报开会的时候,自动关闭部分电灯,增加简报的布幕效果等等,这些都提升了智能照明应用的价值。
应用案例:停车场路灯管理系统
除了在室内,室外也有很多场景需要照明设备,停车场就是一个极为适合导入LED智能照明系统的好例子。以传统停车场为例,不管是在建筑物内或是露天的型态,照明的功能还有许多可以改进的地方。接下来从信息通信、应用情境及管理等面向,分析结合ZigBee的智能照明系统有什么样的优势。
通信接口
ZigBee具有良好的网络架构,在灯具上直接将上模块后就可以互通,但在设备寻址上要先做一些设定,但这些设定远比拉通信控制线来的容易而且便宜。另外,由于一盏灯剧照明的面积通常不会太大,所以灯具布建的密度较高,彼此的距离不会太远,正好适合短距离的ZigBee。一般停车场大多是空旷宽敞的场所,所以不会有遮蔽的问题。此外,为了得知环境的状态,也须布建一些光传感器及红外线动作传感器,藉此来掌握停车场的状况信息。这些传感器同样可以使用ZigBee的标准沟通接口,可以减少系统建置的硬件成本。对于传感器来说,需要回传到后端的数据就是感测到的信息。光传感器侦测到的就是环境的照度值,动作传感器则是在区域内有无物体移动等等。而灯具部份的通信则是双向的,除了需要回传开关的状态以及用电量等数据,还要能接收系统所发出的控制命令来调整照明的状态。另外,当有一些特别的情况,可以考虑一些其他的通信方式。举例来说,在停车塔的情境,有时会有要跨楼层通信的需要,这时无线信号有时会有遮蔽的情况,这时可以考虑使用电力线通信(Power LineCommunication),来确保各个设备间有稳定的通信。
应用情境
在停车场所,照明情境分为引导和无人两种。当有车进入时,也就是当红外线传感器侦测到有车时,车道需要较为明亮的照明。车在停入车位的时候,车位的照明也要提高。动态的灯光调整可以让使用者更清楚行径的动线,也可以降低不必要的能源浪费。在摄影机或红外线传感器都侦测到无人的情况时,全部的灯光就可以调低亮度,但仍需维持一定亮度,以避免系统发生误判,影响到使用人安全的情况。管理
传统上管理停车场多半都是靠人工,透过定时巡察或从监视器观看现场的情况。除了停车场的人员安全外,还要检查灯具或其他设备是否损坏。在停车场的灯具常会造成使用者的担心,如果能迅速的发现灯具故障,实时派员更换,或是在即将发生故障前就更换灯具,就能加强使用者的安全感。在灯具的故障侦测上,由于LED灯具上加装的电表的模块,并透过ZigBee将用电信息传回后端,用电的信息便可以做为故障分析依据。当系统下了控制命令,但从电表看不到变化,光传感器的量测值也没有变。或是用电状态突然改变,这都代表有故障的可能,需要派人去察看维修。这样一来,就可以提高人员的工作效率。也就是说,桶能从收集到的电力语感测信息,分析出更多有用的信息,这多归因于ZigBee间单易用的通信,能帮助系统稳定收集信息的结果。