關(guān)于智能控制系統(tǒng)在照明中的應(yīng)用問題的幾點(diǎn)思考

陳小榮

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100029）

0 引言

智能照明控制系統(tǒng)是智能大廈樓宇自動(dòng)化的一個(gè)子系，但是它又相對(duì)獨(dú)立，使得建筑物自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，照明系統(tǒng)不至于癱瘓[1,2]。智能照明控制技術(shù)順應(yīng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展潮流，具有節(jié)約能源、提高照明質(zhì)量、延長(zhǎng)光源壽命等優(yōu)點(diǎn)。隨著照明系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合的不斷變化，應(yīng)用情況也逐步復(fù)雜和豐富多彩，僅靠簡(jiǎn)單的開關(guān)控制已不能完成所需要的控制，所以照明控制也需要隨之發(fā)展和變化，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

智能照明從開始到現(xiàn)在經(jīng)歷了以下三個(gè)主要階段。第一種是傳統(tǒng)照明控制方式，如利用在回路中的開關(guān)元件來控制回路的中斷，或者是利用回路中的調(diào)節(jié)元件來改變電壓、電流等參數(shù)來調(diào)節(jié)燈光的亮暗；第二種是自動(dòng)照明控制方式，這種控制方式是利用數(shù)字控制技術(shù)來控制照明回路的閉合，達(dá)到控制照明的目的，這種方式較傳統(tǒng)控制具有一定的自動(dòng)化但是不具有調(diào)光功能；第三種是智能照明控制方式，這種控制方式是依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的。智能照明控制方式可以根據(jù)人們對(duì)照明形式的不同要求來實(shí)現(xiàn)一種人性化的控制，比如根據(jù)環(huán)境的變化，燈光亮度也隨之變化。

1 智能照明控制系統(tǒng)

在照明中能夠應(yīng)用智能控制的主要原因是智能控制系統(tǒng)的運(yùn)用。所謂智能照明控制系統(tǒng)，其實(shí)就是根據(jù)某區(qū)域不同的時(shí)間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來自動(dòng)控制照明。照明控制系統(tǒng)的原理是進(jìn)行調(diào)光或根據(jù)需要關(guān)閉或打開照明。從智能照明控制系統(tǒng)的組成方式看，主要有總線型、電力線載波型、無線網(wǎng)絡(luò)型等。下面分別介紹這三種智能控制系統(tǒng)以及各自的主要代表類型。

1.1 總線型

常見的總線型智能照明控制系統(tǒng)包括澳大利亞奇勝Clipsal公司的C-Bus總線、邦奇公司的Dynet總線、瑞士ABB公司的i-bus總線、Philips的DALI總線等[3]。

1）C-Bus總線。C-Bus是兩線制總線協(xié)議，能組成分布式的智能控制系統(tǒng)。C-Bus系統(tǒng)有一套獨(dú)立的控制協(xié)議，相對(duì)BA系統(tǒng)來說比較簡(jiǎn)單，完全能滿足對(duì)照明控制的需求，價(jià)格也比較便宜。所有C-Bus系統(tǒng)單元均內(nèi)置微處理器，由一對(duì)通訊信號(hào)線(UTP5)連接成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元均設(shè)置唯一的單元地址，并用軟件設(shè)定其功能，通過輸出單元控制各負(fù)載回路，輸入單元通過群組地址和輸出單元建立對(duì)應(yīng)聯(lián)系。Bus作為智能控制照明的系統(tǒng)，有著它的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)軟件更改其功能及所控制的回路而不必重新布線。該系統(tǒng)使照明控制自動(dòng)化，避免長(zhǎng)明現(xiàn)象，起到節(jié)能作用，還有它的軟啟動(dòng)功能可以延長(zhǎng)燈具的壽命。

2）Dynet總線。Dynet是一種通信協(xié)議，它是澳大利亞邦奇電子工程公司在Dynalite智能燈光控制系統(tǒng)中使用的協(xié)議。Dynalite系統(tǒng)也是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。Dynet網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都是智能化的，并以“點(diǎn)到點(diǎn)”方式進(jìn)行通信?；贒ynet總線的控制系統(tǒng)是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，這樣就避免了像中央控制系統(tǒng)那樣，因中央控制單元的癱瘓而使整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)不能使用。

3）i-bus總線。ABB i-bus系統(tǒng)的基本構(gòu)成是線，一根線是由64個(gè)總線原件(PTC)通過總線連接構(gòu)成。i-bus總線符合EIB總線標(biāo)準(zhǔn)，以弱電總線通訊的方式控制強(qiáng)電末端設(shè)備，作為智能控制系統(tǒng)對(duì)照明進(jìn)行控制時(shí)，可做到開關(guān)控制、調(diào)光控制、分散集中控制、遠(yuǎn)程控制、延時(shí)控制、定時(shí)控制、光線感測(cè)控制、紅外線遙控、移動(dòng)感測(cè)控制與其他設(shè)備系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制等。

4）DALI總線。DALI即數(shù)字可尋址照明接口(Digital Addressable Lighting Interface)。它是專門用于熒光燈控制的國際標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同制造商生產(chǎn)的DALI設(shè)備能完全兼容，它是定義了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代電子鎮(zhèn)流器和控制模塊之間進(jìn)行數(shù)字化通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。DALI智能控制系統(tǒng)中的鎮(zhèn)流器可以根據(jù)預(yù)設(shè)單獨(dú)對(duì)燈光進(jìn)行控制，而傳統(tǒng)的調(diào)光不具備這功能；除此之外，控制單元還能獲得鎮(zhèn)流器的反饋信息，這使得使用大型復(fù)雜的燈光控制系統(tǒng)時(shí)更為方便。DALI智能控制系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)燈光控制之外，還可以與大樓管理系統(tǒng)(BMS)接口；最后，在DALI鎮(zhèn)流器中內(nèi)置微處理器，通過微處理器可以實(shí)行相關(guān)指令的執(zhí)行和信息的傳遞，體現(xiàn)了產(chǎn)品的智能性。

1.2 電力線載波型

具有代表性的電力線載波智能照明控制系統(tǒng)實(shí)際上是基于X-10協(xié)議的智能照明控制系統(tǒng)。X-10協(xié)議是以電力線為連接介質(zhì)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的通信協(xié)議。電力線載波實(shí)際上就是電力線通信(Power Line Communication，簡(jiǎn)稱PLC)，是指用電力線傳輸數(shù)據(jù)和語音信號(hào)的一種通信方式。按照電壓水平分，電力線載波可以分為高壓電力線載波通信，中壓電力線載波通信和低壓電力線載波通信三類作為智能控制照明系統(tǒng)，用到的是民用低壓類。在智能照明控制系統(tǒng)中，電力線載波采用X-10協(xié)議對(duì)照明燈具進(jìn)行智能控制，采用電力線載波智能照明無需重新御線，而是使用現(xiàn)有的電力線網(wǎng)絡(luò)。在使用過程中，X-10直接利用電力線作為控制總線，并通過電力線將傳感器、執(zhí)行器和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)可以進(jìn)行預(yù)設(shè)，也就是將控制對(duì)象的期望值事先儲(chǔ)存起來，然后系統(tǒng)的輸入值和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到智能控制的目的。

1.3 無線網(wǎng)絡(luò)型

隨著智能控制照明系統(tǒng)的發(fā)展，基于總線型和電力線載波型在被使用的同時(shí)，因?yàn)槿藗儗?duì)照明狀況期望的不同，無線網(wǎng)絡(luò)智能控制照明系統(tǒng)也已經(jīng)被使用。使用無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以省掉大量布線的麻煩。現(xiàn)在被使用的無線控制照明系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的工作形式有無無線局域網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也是無線傳感網(wǎng)絡(luò)。所有這些無線網(wǎng)絡(luò)照明控制系統(tǒng)主要基于ZigBee技術(shù)和射頻技術(shù)(RFID)。

ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它主要用于近距離無線連接，具有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的的傳感器之間互相協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。采用ZigBee技術(shù)無線照明中的每個(gè)房間就是一個(gè)單元，房間的每盞燈就是一個(gè)終端設(shè)備，每個(gè)房間設(shè)置一個(gè)路由器用以與協(xié)調(diào)器通信并向房間內(nèi)每一盞燈轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，來達(dá)到智能控制照明的目的。

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，一套完整的RFID系統(tǒng)由詢問器、應(yīng)答器和應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。

在基于RFID技術(shù)的無線智能控制網(wǎng)絡(luò)，傳感器首先感應(yīng)到環(huán)境的變化，接著便會(huì)有信號(hào)發(fā)送至主控模塊，主控模塊根據(jù)控制程序的要求下達(dá)指令，指令以信號(hào)形式傳到燈具控制模塊來控制燈的點(diǎn)亮情況。在整個(gè)控制過程中沒有人的因素的操作而是由無線射頻控制技術(shù)所組成的一個(gè)小型局域網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能來完成的。

2 智能控制系統(tǒng)的比較

DALI總線中的DALI是一種通信協(xié)議，他不屬于任何一家公司。DALI總線系統(tǒng)在使用時(shí)可以使不同照明組中的不同照明光源同時(shí)達(dá)到同一照明亮度值。并且每盞燈的工作狀態(tài)可以被返回控制電路，通過控制顯示電路對(duì)每盞燈的工作狀態(tài)加以顯示。DALI標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵是軟件核心命令的定義DALI數(shù)據(jù)信息應(yīng)包含誤差檢測(cè)、地址和命令信息，地址信息決定所傳信息是至哪個(gè)DALI模塊(即DALI電子鎮(zhèn)流器)，所有的DALI模塊采用“廣播”尋址的命令方式，可尋址64個(gè)終端或16組地址。

在控制過程中，從穩(wěn)定性的角度考慮，總線型最好，其次是電力線載波，最不穩(wěn)定的就是無線(RFID)型；但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，總線型不占優(yōu)勢(shì)。

3 智能照明和傳統(tǒng)照明

智能照明和傳統(tǒng)照明相比有很多優(yōu)點(diǎn)。1）智能照明有很好的節(jié)能效果，燈的亮度可以隨著自然光的變化而變化，防止了在自然光充足的情況下亮燈造成電能的浪費(fèi)；2）智能照明可以延長(zhǎng)光源壽命：影響燈具壽命的一個(gè)重要原因是燈兩端電壓的過快變化，智能照明系統(tǒng)有防止這種現(xiàn)象的抗電壓浪涌現(xiàn)象和軟啟動(dòng)的功能；3）提高照明質(zhì)量：比如房間白色的墻體會(huì)隨著時(shí)間推移變暗，為了保證房間的亮度，此時(shí)燈具會(huì)自動(dòng)變亮；4）采用智能照明管理方便：智能控制系統(tǒng)采用參數(shù)化控制，更方便管理；5）采用智能照明有較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)率：智能控制系統(tǒng)可以做到節(jié)能，而且是維護(hù)方便，節(jié)省維護(hù)開支。

4 結(jié)論

總線型因?yàn)橛兄稚⑹娇刂?、集中式管理的特點(diǎn)，基于總線型的智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用在大面積的照明中更能體現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)，另外，總線型還有連接很多模塊的能力，這一點(diǎn)也使得基于總線型的照明控制系統(tǒng)在大面積照明中能夠充分體現(xiàn)它的特點(diǎn)，比如在青島流亭機(jī)場(chǎng)的運(yùn)用。電力線載波技術(shù)在國外的應(yīng)用較早，也已經(jīng)有比較成熟的產(chǎn)品，而在國內(nèi)因?yàn)榧夹g(shù)上的不成熟還沒有得到廣泛應(yīng)用，不過隨著技術(shù)的更新基于電力線載波的智能照明控制系統(tǒng)將在智能小區(qū)建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于室內(nèi)照明而言，無線照明控制系統(tǒng)有著較大的優(yōu)勢(shì)。例如基于Zigbee技術(shù)的無線照明控制系統(tǒng)有著低功耗、低成本和組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，使得這種照明技術(shù)在家庭室內(nèi)照明占據(jù)了優(yōu)勢(shì)。

[1] 李海燕, 李海寶, 魏英智. 醫(yī)療智能照明系統(tǒng)控制技術(shù)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012, 29(1).

[2] 陳潤(rùn)平, 付志紅. 基于模糊控制論的圖書館智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化, 2011, 33(12).

[3] 周玉庭, 馬小軍, 邢自巧. 智能照明控制技術(shù)之體育館應(yīng)用淺析[J]. 自動(dòng)化儀表, 2011, 32(8).