樓宇智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許乾祖（上海建科工程咨詢有限公司，上海　200032）

1　樓宇智能照明控制系統(tǒng)關(guān)鍵需求

樓宇智能照明控制的使用是為了達(dá)到節(jié)能、減排、綠色、環(huán)保、人性化的目的，對(duì)于智能照明控制的場(chǎng)所需要進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地分析，才能達(dá)到投入與產(chǎn)出的合理收益的效果。針對(duì)某企業(yè)總部研發(fā)大樓工程項(xiàng)目，上?，F(xiàn)代建筑裝飾環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司進(jìn)行了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析，并結(jié)合日本電工數(shù)據(jù)進(jìn)行佐證。建筑物內(nèi)照明用電量約占全體用電的 33%，大辦公室內(nèi)使用智能照明控制能節(jié)約能效約 12%，廁所內(nèi)使用智能照明節(jié)約能效約 61%，走廊內(nèi)使用節(jié)約能效約 69%，車庫(kù)內(nèi)使用將節(jié)約能效約 60%。為了真正發(fā)揮智能照明控制系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備如下特征需求：① 穩(wěn)定可靠；② 節(jié)能、綠色；③智能化控制；④ 分布集中控制；⑤ 掉電保護(hù)；⑥ 系統(tǒng)開放性。

2　智能照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本大樓智能燈光控制從有無控制面板上來區(qū)分，可以分為面板控制方式和非面板控制方式；從控制區(qū)域來區(qū)分，可以分為辦公區(qū)域智能控制、走廊智能控制、衛(wèi)生間智能控制、地下車庫(kù)智能控制。

2.1　智能節(jié)能控制系統(tǒng)工作原理

大樓智能照明控制系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。

圖1　智能照明控制系統(tǒng)工作原理框圖

2.2　智能面板控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)大樓精裝設(shè)計(jì)方案，一些配電箱中智能照明回路的控制數(shù)量不大于 8 條，一些配電箱中智能照明回路的控制回路數(shù)量大于 8 條。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用具有8路繼電器輸出接口的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，這樣既能優(yōu)化控制器的應(yīng)用數(shù)量又能兼顧使用上的靈活性，為用戶降低控制系統(tǒng)應(yīng)用成本。

2.2.1不大于8回路面板控制系統(tǒng)

對(duì)于不大于 8 回路智能照明控制的配電箱，采取以下控制方案，即在配電箱內(nèi)安裝一個(gè) 24 V 直流開關(guān)電源，為現(xiàn)場(chǎng)單元和控制面板供電；一套現(xiàn)場(chǎng)控制單元(即圖中所示現(xiàn)場(chǎng)單元，內(nèi)嵌集中管理軟件模塊)，接受控制面板的控制信號(hào)，控制相應(yīng)繼電器的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)照明回路的燈具開關(guān)。面板與現(xiàn)場(chǎng)單元的通訊信號(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 總線進(jìn)行通訊，控制系統(tǒng)全部采用低壓直流弱電控制與供電，保證系統(tǒng)不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)造成信號(hào)干擾，最大程度保證了使用者的操作安全。不大于 8 回路面板控制系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2　不大于 8 回路面板控制系統(tǒng)布置圖

總線上同時(shí)掛接著節(jié)假日自動(dòng)判別器、總線人體感應(yīng)器，接收感應(yīng)信號(hào)，將信號(hào)發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)單元，由現(xiàn)場(chǎng)單元進(jìn)行邏輯判斷與時(shí)序仲裁，決定哪個(gè)回路繼電器的開啟與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)忘記關(guān)閉燈光回路時(shí)的智能自主判知與決策功能。

2.2.2大于8回路面板控制系統(tǒng)

對(duì)于大于 8 回路智能照明控制的配電箱，采取以下控制方案，即在配電箱內(nèi)安裝一個(gè) 24 V 直流開關(guān)電源，為現(xiàn)場(chǎng)單元和控制面板供電；一套集中管理控制器(即圖中所示控制單元)，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元的智能控制，所有來自總線上的任何主動(dòng)(面板開關(guān))與被動(dòng)(傳感器)方式的信號(hào)，均要最先送達(dá)該集中管理控制器，由該控制器進(jìn)行信號(hào)分析、時(shí)序仲裁、動(dòng)作執(zhí)行方式判斷、定時(shí)判別、傳感器信號(hào)融合、節(jié)假日分析等內(nèi)容的工作，將解算的分析處理后信號(hào)發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)控制單元；n 套現(xiàn)場(chǎng)控制單元(圖紙所示的現(xiàn)場(chǎng)單元)，接收集中管理控制器的指令信號(hào)，控制相應(yīng)繼電器的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)照明回路的燈具開關(guān)。其中 n 的數(shù)量由配電箱內(nèi)的回路數(shù)決定，即每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制單元能夠輸出 8 路繼電器?？刂泼姘鍖?shí)現(xiàn)相應(yīng)照明回路的開啟與關(guān)斷，具體數(shù)量由回路數(shù)決定。每個(gè)開關(guān)面板上有 4 個(gè)按鍵，其中 2 個(gè)按鍵的功能為群組控制，另外 2 個(gè)按鍵的功能是模式控制。至于群組控制與模式控制的具體功能將在后面進(jìn)行說明。面板與現(xiàn)場(chǎng)單元的通訊信號(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 總線進(jìn)行通訊，控制系統(tǒng)全部采用低壓直流弱電控制與供電，保證系統(tǒng)不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)造成信號(hào)干擾，在使用上最大程度上保證了使用者的操作安全。大于 8 回路面板控制系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 大于 8 回路面板控制系統(tǒng)

3　大樓區(qū)域控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1　辦公區(qū)域智能控制模式與策略

智能照明控制的辦公區(qū)域是指辦公人員數(shù)量多、辦公區(qū)域大、回路數(shù)多，經(jīng)常使用的場(chǎng)所包括辦公室、會(huì)議室、大休息廳、多功能廳等區(qū)域。這些場(chǎng)合經(jīng)常出現(xiàn)人員離開后忘記關(guān)燈的現(xiàn)象，造成極大浪費(fèi)。以下就下班后有人進(jìn)來加班的情況進(jìn)行說明。

(1) 下班后，辦公室燈光已經(jīng)全部關(guān)閉。當(dāng)有人進(jìn)來時(shí)，辦公室門口上方的節(jié)假日自動(dòng)判別器，將感知到有人進(jìn)入，將感知的信號(hào)通過信號(hào)總線發(fā)送到配電箱內(nèi)的集中管理控制器或內(nèi)嵌集中管理軟件模塊的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，由控制器判斷下一步的控制模式。

(2) 控制器發(fā)出控制指令，立即開啟引導(dǎo)燈，照亮門口前方區(qū)域，方便人員開啟所需回路的面板開關(guān)。從用戶的體驗(yàn)角度來講，用戶開門瞬間，照明引導(dǎo)燈就隨機(jī)點(diǎn)亮。

(3) 這時(shí)用戶就可以直接操作控制面板，開啟自己所需要區(qū)域的照明燈按鍵即可。

(4) 用戶所需照明區(qū)域被點(diǎn)亮。此時(shí)控制系統(tǒng)將啟動(dòng)照明定時(shí)策略，即工作時(shí)間是根據(jù)用戶長(zhǎng)期的使用習(xí)慣預(yù)先配置好，時(shí)間可長(zhǎng)可短，例如 1 h 時(shí)間。

(5) 如果系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置為 1 h 關(guān)閉，則加班人員在自己照明區(qū)域工作接近 1 h (可以設(shè)置為 55 min)后，門口上方的引導(dǎo)回路燈自動(dòng)開啟點(diǎn)亮，提醒加班人員再過 5 min(時(shí)間可以根據(jù)工作習(xí)慣進(jìn)行設(shè)定)工作區(qū)域的照明燈將被自動(dòng)關(guān)閉。如果加班人員在 5 min 內(nèi)到門口處重新觸發(fā)所需工作區(qū)域的控制面板按鍵，則引導(dǎo)回路燈立即關(guān)閉，計(jì)時(shí)又重新開始。

(6) 如果加班人員在 5 min 內(nèi)沒有重新開啟按鍵，則照明區(qū)域的燈將自動(dòng)關(guān)閉。此時(shí)引導(dǎo)燈仍然處于點(diǎn)亮狀態(tài)，如果仍無人觸控，引導(dǎo)燈將在 5 min 后自動(dòng)關(guān)閉，系統(tǒng)將認(rèn)為此時(shí)不需要照明。

(7) 如果加班人員在系統(tǒng)所定時(shí)間內(nèi)離開辦公區(qū)域而沒有主動(dòng)關(guān)閉自己工作區(qū)域的照明回路，則系統(tǒng)將在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)將照明回路關(guān)閉。

(8) 工作區(qū)域的照明回路關(guān)閉后，如果系統(tǒng)仍未檢測(cè)到有人進(jìn)入或開啟面板開關(guān)，則系統(tǒng)視為此時(shí)不需要照明，即判為無人狀態(tài)。5 min 后也將引導(dǎo)回路照明燈關(guān)閉，恢復(fù)到初始狀態(tài)。

(9) 如果加班的工作人員來到辦公室的加班時(shí)間小于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的間隔時(shí)間，系統(tǒng)在到達(dá)規(guī)定的設(shè)定時(shí)間后，將關(guān)斷工作區(qū)域的照明回路。在延遲規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，自行將引導(dǎo)回路的照明燈關(guān)閉。

(10) 最后恢復(fù)到最初無人的初始狀態(tài)，系統(tǒng)時(shí)刻保持處于有人和無人的監(jiān)控狀態(tài)，能夠最大程度減少無人照明現(xiàn)象，降低能源消耗。

3.2　走廊照明智能控制模式與策略

大樓走廊占地面積較大，沿走廊分布的房間較多，需要控制的燈具較為集中，因此在走廊區(qū)域應(yīng)用智能照明控制將會(huì)帶來較大的投資收益。走廊照明控制分白天時(shí)段與夜間時(shí)段，對(duì)應(yīng)的控制策略有所區(qū)別。

本項(xiàng)目采用具有智能感光的總線型人體感應(yīng)控制器進(jìn)行走廊燈光的智能控制。根據(jù)白天走廊里的亮度情況，通過設(shè)定照度閾值的方法按光照需要進(jìn)行開啟，既能滿足使用者的照明舒適度，又能根據(jù)照度情況進(jìn)行關(guān)斷和開啟走廊照明回路，最大限度減少電能消耗，避免浪費(fèi)。走廊燈光智能控制如圖4 所示。

圖4　走廊燈光智能控制示意圖

(1) 白天時(shí)段的控制，走廊上方相隔 5 m 安裝一個(gè)總線型人體感應(yīng)控制器，控制器內(nèi)集成照度感應(yīng)、人體感應(yīng)、信號(hào)處理與發(fā)生模塊，將采集的照度、人體信息發(fā)送至配電箱內(nèi)的集中管理控制器進(jìn)行仲裁決策，啟動(dòng)當(dāng)前的控制策略，開啟或關(guān)閉相應(yīng)的照明控制回路。

(2) 夜間走廊的照明控制采用時(shí)間細(xì)分控制模式，此時(shí)的照度感應(yīng)控制模式應(yīng)當(dāng)自動(dòng)關(guān)閉，時(shí)間段的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，時(shí)間段的時(shí)間間隔均可以方便進(jìn)行配置。這需要根據(jù)用戶的實(shí)際使用習(xí)慣形成后才能進(jìn)行修改。安裝調(diào)試后的走廊燈智能照明控制系統(tǒng)將被初始化為常規(guī)配置參數(shù)，用戶可以根據(jù)自身的需要經(jīng)過使用一段時(shí)間后再進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

在走廊燈具回路的常規(guī)控制參數(shù)中，在走廊無人通過時(shí)，系統(tǒng)僅開啟 1 個(gè)照明回路，作為引導(dǎo)使用。如果檢測(cè)到有人通過，系統(tǒng)將啟動(dòng)細(xì)分時(shí)段控制模式?？刂葡到y(tǒng)的時(shí)間段的設(shè)定非常靈活，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需要進(jìn)行參數(shù)的配置使用。檢測(cè)到有人通過，系統(tǒng)將增加照明回路的開啟，具體開啟的數(shù)量由配置參數(shù)和細(xì)分時(shí)間決定。

當(dāng)出入走廊的人員離開后，可以選擇幾分鐘延時(shí)的控制方式關(guān)閉剛剛開啟的照明回路，也可以選擇人離開后立即關(guān)閉剛開啟的照明回路。具體控制方式根據(jù)用戶使用后的習(xí)慣進(jìn)行配置參數(shù)的修改，初始參數(shù)默認(rèn)為人員離開 5 min 后再關(guān)閉的控制方式。

3.3　衛(wèi)生間照明智能控制模式與策略

衛(wèi)生間內(nèi)的照明控制采用就地控制模式，減少布線布管的繁瑣和浪費(fèi)，也提高了系統(tǒng)的可靠性。在衛(wèi)生間內(nèi)安裝多個(gè)本地人體感應(yīng)控制器，控制器內(nèi)集成照度感應(yīng)模塊、人體檢測(cè)模塊、信號(hào)分析與處理模塊、控制執(zhí)行模塊以及繼電器單元。在照度感應(yīng)模塊檢測(cè)到當(dāng)前的照度低于設(shè)定的照度閾值時(shí)，人體感應(yīng)控制器一旦檢測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，將立即開啟負(fù)載照明燈具或照明回路；當(dāng)人員離開后，系統(tǒng)再延時(shí)一定時(shí)間后(可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整)將照明關(guān)閉，可以最大程度降低電能消耗。

4　智能照明控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化配置

大樓智能燈光控制系統(tǒng)的正確使用是在用戶照明習(xí)慣的基礎(chǔ)上逐步形成的。在智能照明控制系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，系統(tǒng)是基于初始化的使用參數(shù)，但初始化的設(shè)置參數(shù)可能不盡合理與科學(xué)。在用戶日常使用后，逐步根據(jù)用戶的習(xí)慣對(duì)初始化設(shè)置的回路分配、控制時(shí)間段、動(dòng)作時(shí)序、優(yōu)先級(jí)仲裁等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。為了使系統(tǒng)能夠滿足用戶的切身需要，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，即控制系統(tǒng)的參數(shù)合理化配置。智能照明控制系統(tǒng)參數(shù)的具體配置流程如圖5 所示。

圖5　智能照明控制系統(tǒng)參數(shù)配置示意圖

5　結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)已經(jīng)在該大樓成功應(yīng)用 5 a。采用智能照明控制系統(tǒng)后，可使照明系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)定時(shí)開啟/關(guān)閉照明回路，通過人體檢測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)“人來燈亮、人走延時(shí)熄滅”，減少人工干預(yù)，給物業(yè)管理帶來便利。此外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：① 節(jié)能效果顯著。照明系統(tǒng)通過定時(shí)、傳感器等控制方式，可將公共區(qū)域照明控制在適當(dāng)?shù)牧炼龋瑴p少常明燈，避免不必要的浪費(fèi)，節(jié)能效果非常顯著。② 延長(zhǎng)燈具壽命。智能照明控制系統(tǒng)能成功地抑制電網(wǎng)的沖擊電壓和浪涌電壓，使燈具不會(huì)因?yàn)樯鲜鲈蚨^早損壞。系統(tǒng)采用了軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷技術(shù)，避免了燈絲的熱沖擊，燈具壽命進(jìn)一步得到延長(zhǎng)。

相關(guān)工作人員應(yīng)結(jié)合建筑樓宇照明系統(tǒng)功能特性和實(shí)際耗能情況，反復(fù)比較研究多個(gè)節(jié)能降耗方案，從設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等源頭上熟悉和理解智能樓宇建筑照明節(jié)能的功能特性。結(jié)合工程實(shí)際情況，采取積極有效優(yōu)化方案和節(jié)能措施，以使整個(gè)照明系統(tǒng)達(dá)到更加優(yōu)化的節(jié)能降耗效果，創(chuàng)建舒適節(jié)能的工作環(huán)境，提高照明系統(tǒng)能源綜合利用效率。