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淺析智能照明控制系統在圖書館照明節能中的應用
更新時間：2022-11-25點擊次數：934次
淺析智能照明控制系統在圖書館照明節能中的應用
任運業
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，論述了其系統特點和系統組成；結合該系統對某高校圖書館進行了照明節能設計。工程應用表明，該系統在公共建筑節能中有很好的效果。
關鍵詞：高校；圖書館；智能照明控制系統；照明節能
0 引 言
照明耗電在各國總發電量中都占有很大比例，根據2004年國家住房和城鄉建設部的統計， 我國照明耗電約占全國發電總量的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，實施照明節能措施，可節約能源，產生明顯的經濟效益。
照明節能設計是在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下，減少照明系統中光能的損失，利用光能。通常使用的節能措施有以下幾種：
(1)按照GB／T 50034--2004((建筑照明設計標準》規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協調，并且需要考慮建筑的立面效果，實際執行中有一定難度。第四種方法僅需合理采用新技術，合理布置系統，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的應用。
1 智能照明控制系統
1．1系統簡介
1．1．1 系統概述
(1)智能照明控制系統根據某一區域的功能、每天不同的時間、室外光亮度及本區域的用途來自動控制照明。可進行預設，即具有將照明亮度轉變為一系列設置的功能。
(2)照明控制系統分為獨立式、特定于房間式或大型的聯網系統。在聯網系統中，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。聯網系統可多點控制不同的房間或區域。
(3)聯網系統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，平穩過渡到正常工作狀態。
(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，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，能遠程監控系統。
1．2系統組成
照明控制系統是一個總線型式或局域網式的智能控制系統。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系。當有輸入時，輸入單元將其轉換為總線信號在控制系統總線上廣播，所有的輸出單元接收并作出判斷，控制相應回路輸出。系統通過總線連接成網。
該系統組成為：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。
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范》(2005年版)規定，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，配用電子鎮流器，在燈具上做到了節能。回路劃分按以下原則進行：
(1)盡量按區域劃分回路，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的功能。
閱覽室配電箱系統圖如圖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圖如圖3所示。
圖2 智能燈光控制系統及消防信號連接示意圖
圖3公共走道配電箱系統圖
2．3系統的聯網設計
控制系統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，使系統的穩定性和可靠性得到提高。系統連接示意圖如圖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后，系統可達到一定的效果：
(1)可使照明系統工作在全自動狀態。通過配置“智能時鐘管理器"可預先設置若干基本工作狀態，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之間轉換。
(2)每個區域都配置手動控制面板，可隨時調節房間的工作狀態及滿意的燈光效果。照明控制系統可保證辦公區域和公共區域的協調工作。
3 安科瑞智能照明控制系統
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、醫院、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 系統結構
3.4系統功能
1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關狀態，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。
2）當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，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，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；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。
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反饋現場開關的狀態。
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保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，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行，不影響日常的照明控制效果。
11）系統結構是分布式總線結構；系統內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統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后，可使系統根據不同時間工作在不同的狀態，達到了照明節能的目的。該系統可應用于酒店、辦公樓等公共建筑中。目前，國家正在大力推進建筑節能減排的任務，相信隨著系統的應用和推廣一定會使建筑節能達到理想效果。
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建筑照明設計規范[s]．
[3]陳義清. 智能照明控制系統在高校圖書館照明節能設計中的應用[J]. 現代建筑電氣, 2013, 4(6):5.
[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.06版
作者簡介：
任運業，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領域。
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