景觀照明開關(guān)控制概述

夏 軍

(龍華區(qū)市政園林服務(wù)中心，廣東 深圳 518109)

引言

近年來，隨著LED燈具的普遍應(yīng)用，各地通過建設(shè)景觀照明工程，使夜景絢麗多彩、精彩紛呈。各種景觀照明工程經(jīng)常將燈光和噴泉、焰火、煙霧等按不同的時序相結(jié)合，就好像一臺大型的舞臺演出，不同的時段投入不同的設(shè)備表演，營造出更為生動、靚麗的氛圍。要建設(shè)一個成功的照明景觀，控制一定少不了。越是設(shè)備種類繁多或越是多場景、多模式的景觀照明，所用的控制部分越復(fù)雜。本文采用分類的方法，對景觀照明控制進行分析，并著重闡述開關(guān)控制部分的構(gòu)成，根據(jù)實際使用經(jīng)驗，提出應(yīng)用建議。

1 景觀照明控制分類

根據(jù)《LED夜景照明應(yīng)用技術(shù)要求》(GB/T 39237—2020)第5.4.2條的規(guī)定，LED夜景照明控制系統(tǒng)的控制類別主要分為兩種：開關(guān)、調(diào)光(1)《LED夜景照明應(yīng)用技術(shù)要求》(GB/T 39237—2020)第5.4.2條規(guī)定，LED夜景照明控制系統(tǒng)亦根據(jù)系統(tǒng)功能及控制方式按表7進行分類。表7注明類別包含開關(guān)、調(diào)光。。根據(jù)《智能照明控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 612—2019)第5.9.1條的規(guī)定，建筑夜景智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計分為通過供電控制和通過燈光控制(2)《智能照明控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 612—2019)第5.9.1條規(guī)定，單體建筑夜景智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計宜參照表5.9.1進行。表5.9.1注明設(shè)計方法為通過供電控制和通過燈光控制實現(xiàn)功能需求。實現(xiàn)功能需求。實際上，這兩個標(biāo)準(zhǔn)分類的意義基本相同。開關(guān)控制就是通過控制電路的通斷來控制燈光的開與關(guān)，比如對220 V的配電回路進行開關(guān)控制，即控制燈具等設(shè)備是否能獲得220 V供電；調(diào)光控制就是通過調(diào)節(jié)電壓電流的大小或脈寬工作比來調(diào)節(jié)燈具發(fā)光的顏色、明暗。它是通過在電腦、主控器、分控器、燈具的驅(qū)動芯片等設(shè)備之間傳輸信號，控制LED燈具里紅、綠、藍(lán)光色的發(fā)光二極管各自發(fā)光的光強，形成光色變幻的效果。

以上可以簡單理解為：景觀照明開關(guān)控制部分決定著連在各配電回路的燈具是否亮燈，調(diào)光控制部分決定著各個LED燈具如何亮(指發(fā)光的顏色或光強)。這兩部分相互獨立，若緊密配合、相輔相成，就可以呈現(xiàn)出各種亦動亦靜的燈光夜景。

以下僅對景觀照明的開關(guān)控制部分進行探討。

2 開關(guān)控制分類

景觀照明工程用到的開關(guān)控制主要分為三類：手動控制、自動控制、智能照明控制。

2.1 手動控制

操作人員可以直接開合照明配電箱里的斷路器進行停送電，但斷路器一般負(fù)荷較大，直接操作有一定的安全隱患，而且斷路器也不是頻繁操作的電器，因此較少用這種方式。手動控制此處專指操作人員在項目現(xiàn)場，通過操作配電箱內(nèi)安裝的轉(zhuǎn)換開關(guān)，控制配電箱二次回路的中間繼電器、交流接觸器，就地實現(xiàn)景觀照明設(shè)備的全開全關(guān)或分組開關(guān)。

優(yōu)點：不用設(shè)置任何參數(shù)，簡單易行，成本低。使調(diào)試、維修或應(yīng)急操作非常方便。

缺點：1)不能定時；2)不能遠(yuǎn)程操控；3)難以進行復(fù)雜的配置。

應(yīng)用場景：多用于調(diào)試、維修時，簡單快速全開全關(guān)所有燈具和設(shè)備。

2.2 自動控制

自動控制分為定時控制(以下簡稱時控)和光控等[1]。時控是系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的時間自動開關(guān)燈。光控是系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場光線的強弱自動開關(guān)燈。由于景觀照明通常在指定的日期或時段內(nèi)開啟，因此時控為其主要應(yīng)用方式。

時控開關(guān)是一個內(nèi)含單片微處理器的電源開關(guān)控制裝置，能按不同時段控制回路電流的通斷，且可以設(shè)定為按天或星期循環(huán)控制(圖1)。它可用來直接控制不超過它額定電流范圍的設(shè)備，也可與中間繼電器、接觸器等結(jié)合控制更大功率或更多的設(shè)備。

圖1 某時控開關(guān)Fig.1 Digital time switch

優(yōu)點：施工方便，成本低。

缺點：1)時控開關(guān)的時間有時會發(fā)生錯亂，需要人為校正；2)不能遠(yuǎn)程操控；3)輸出接口不多；4)沒有輸入接口，不能檢測記錄電流、電壓等物理量；5)顯示屏較小，難以進行復(fù)雜的配置。

應(yīng)用場景：多用于場景模式較為簡單、時間較為固定的景觀照明控制。

2.3 智能照明控制

不同廠家的智能照明控制系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)大同小異，都是由控制中心(即服務(wù)器或工控機)和分布在各區(qū)域配電箱內(nèi)的終端設(shè)備組成?？刂浦行暮徒K端設(shè)備間通過有線(如485總線)或無線網(wǎng)絡(luò)(如4G、5G通信網(wǎng)絡(luò))傳輸信息。終端設(shè)備通常有幾組輸入接口和輸出接口。輸入接口可接入消防、門開等傳感信號，輸出接口可以通過是否輸出電流，達(dá)到分時控制不同回路的目的。

按照智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用在景觀照明上的先后順序，可以細(xì)分為傳統(tǒng)路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)、模塊化照明控制系統(tǒng)兩類。

2.3.1 傳統(tǒng)路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)[2]

景觀照明和道路照明(路燈)都屬于城市照明的范疇。在很多城市，政府建設(shè)的景觀照明由政府城市照明管理部門負(fù)責(zé)管理。大多數(shù)地區(qū)的城市照明管理部門原已委托專業(yè)的企業(yè)完成建設(shè)各自獨立的路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)。景觀照明和路燈均需定時、分區(qū)域、分組開關(guān)，因此用傳統(tǒng)的路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)控制景觀照明是政府部門進行統(tǒng)一控制最簡單方便的方法。

三遙指遙控、遙測、遙信功能。傳統(tǒng)路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心和各區(qū)域配電箱內(nèi)的三遙終端設(shè)備組成?？刂浦行暮腿b終端設(shè)備間通過無線網(wǎng)絡(luò)(4G、5G等)遠(yuǎn)程傳輸信息。三遙終端設(shè)備通常有幾組容量為AC250 V/5 A的輸出接口，可以通過是否輸出電流控制配電箱內(nèi)的中間繼電器，從而控制交流接觸器，達(dá)到分時控制不同回路的目的。

優(yōu)點：1)城市照明管理部門已多有建設(shè)，便于對路燈和景觀照明進行統(tǒng)一管理；2)具有三遙功能。相對來說功能側(cè)重遙測和遙信，特別是電流、電壓等參數(shù)的反饋和報警；3)網(wǎng)絡(luò)中斷時，終端可按中斷前最后的設(shè)定自動運行。

缺點：1)由于建設(shè)期較早或獨立開發(fā)，因此系統(tǒng)建設(shè)和維護成本較高；2)由于路燈亮燈模式較為簡單，而系統(tǒng)是針對路燈特點設(shè)計，因此終端設(shè)備輸出接口不多；3)控制中心的軟件較為復(fù)雜，可設(shè)定的時間段不多，需要專業(yè)人員才能更改；4)如需測量配電箱每個出線回路的電流，需在每個回路上加裝電流互感器。

應(yīng)用場景：多用于場景模式較為簡單、無太多時序要求的景觀照明控制。

2.3.2 模塊化照明控制系統(tǒng)

由于智能照明控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于戶內(nèi)外多種場合，比如酒店、商場、展廳、大樓外墻等照明，并且可以和樓宇自動控制相結(jié)合，因此越來越多企業(yè)投入研發(fā)，智能照明控制系統(tǒng)也越來越模塊化、簡單化。我們甚至可以把模塊化的智能照明控制系統(tǒng)看成是一個通過電腦設(shè)置的若干個時控。

模塊化的智能照明控制系統(tǒng)終端設(shè)備為開關(guān)量模塊，每個模塊有各自不同的編號(圖2)。目前市面上主流的開關(guān)量模塊有4、6、8、12路輸出接口(一個輸出接口相當(dāng)于一個開關(guān))，每路負(fù)載6～25 A。某些型號具有輸出接口電流檢測功能，如電流異常時可及時報警或斷開。根據(jù)負(fù)載大小，每個輸出接口可以給不同的配電回路直接供電，也可以通過控制中間繼電器和交流接觸器給配電回路供電。

圖2 某開關(guān)量模塊Fig.2 Intelligent lighting control module

控制中心與模塊、模塊與模塊間如果距離近，可通過雙芯線或網(wǎng)線傳輸RS485等信號；如果距離遠(yuǎn)，用戶可采用帶DTU功能(遠(yuǎn)程收發(fā)信號)的模塊，通過無線網(wǎng)絡(luò)(如4G、5G等)傳輸信號。

控制中心的軟件也越來越多采用模塊化設(shè)計。用戶不需要編程，可在軟件內(nèi)根據(jù)開關(guān)量模塊的編號方便地創(chuàng)建模塊名稱、設(shè)置模塊內(nèi)各個輸出端口開關(guān)的時段(圖3)。設(shè)置完成后就可以通過軟件，控制各個配電回路實現(xiàn)各種場景模式。如果要遠(yuǎn)程控制，部分廠家還提供云平臺。用戶用手機或電腦登錄云平臺即可設(shè)置或控制模塊，免去了建設(shè)和維護服務(wù)器的費用。

圖3 某控制中心模塊化軟件界面Fig.3 Intelligent lighting control center software interface

優(yōu)點：1)終端設(shè)備和控制中心軟件均采用模塊化設(shè)計，便于設(shè)置和更改；2)部分型號的產(chǎn)品具有三遙功能。相對來說功能側(cè)重遙控，特別是多回路多時段控制；3)部分型號的終端可設(shè)定在網(wǎng)絡(luò)中斷或斷電后，保持或取消原輸出狀態(tài)；4)系統(tǒng)可利用廠家提供的軟件或云平臺，建設(shè)和維護簡單、經(jīng)濟。

缺點：除非定制開發(fā)軟件，否則系統(tǒng)保密性能不夠好。

應(yīng)用場景：可用于場景模式復(fù)雜、有許多時序要求的景觀照明控制。

3 問題和建議

(1)問題一：時控和智能照明控制設(shè)備輸出接口額定電流有限。建議：對于出線回路較多、負(fù)載較大的配電箱，建議時控或智能照明控制設(shè)備通過配電箱的二次回路控制配電箱一次回路，即通過控制配電箱里中間繼電器、交流接觸器的通斷，來控制燈具等設(shè)備。

(2)問題二：智能照明控制系統(tǒng)操作相對復(fù)雜，不便于普通電工對燈具的檢修。建議：在實際應(yīng)用中可以將時控、智能照明控制系統(tǒng)都安裝上，并在配電箱二次回路中安裝多檔的轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便于調(diào)試和維修。比如安裝四檔轉(zhuǎn)換開關(guān)，并設(shè)置手動、時控、遙控、停止四個擋位。通常情況下，檔位置于遙控，此時用戶可通過智能照明控制系統(tǒng)的控制中心進行遠(yuǎn)程控制；當(dāng)檔位置于手動時，所有設(shè)備全開，便于調(diào)試和維修；當(dāng)檔位置于停止時，所有設(shè)備全關(guān)，便于維修和應(yīng)急操作；當(dāng)檔位置于時控時，一般處于智能照明控制系統(tǒng)發(fā)生故障且來不及處理，需要配電箱內(nèi)的時控開關(guān)臨時發(fā)揮作用的狀況。

(3)問題三：模塊化照明控制系統(tǒng)廠家眾多，各廠家通訊協(xié)議不統(tǒng)一，產(chǎn)品不能混用[3]。對于政府的城市照明管理部門來說，如果不同的景觀照明項目使用不同廠家的模塊化照明控制系統(tǒng)，則管理部門將難以統(tǒng)一控制不同景觀照明項目開放的日期和時間。建議：解決的方法有以下三種：

①在規(guī)劃設(shè)計時規(guī)定統(tǒng)一采用支持某個協(xié)議的產(chǎn)品[4]。

②要各廠家開放協(xié)議，互聯(lián)互通(難度較大)。

③通過加裝路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)控制某個景觀照明項目原已安裝好的模塊化照明控制系統(tǒng)。這種方法看起來比較簡單，似乎用路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)控制總電源的開關(guān)即可控制所有設(shè)備的供電，但在實際工程中，景觀照明項目現(xiàn)場經(jīng)常會在不同區(qū)域分布著服務(wù)器、工控機或控臺，這些電腦通常24 h運行，不能被強行斷電。對于這種情況應(yīng)將開關(guān)量模塊的除向電腦供電之外的輸出接口與路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備的輸出接口串聯(lián)起來，這樣只有當(dāng)兩者同時導(dǎo)通時，配電回路才會向相應(yīng)輸出接口所連的設(shè)備供電。與此同時，用模塊化照明控制系統(tǒng)設(shè)定景觀照明每天按相同的時序運行，用路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)控制景觀照明哪一天開。這樣既發(fā)揮了模塊化照明控制系統(tǒng)每天多時段控制的優(yōu)勢，也可以使管理部門方便用路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整景觀照明開放的日期。

4 結(jié)論

城市景觀照明舞臺化、多元化發(fā)展，對控制提出了高要求。我們只有厘清和理解這些錯綜復(fù)雜控制手段的脈絡(luò)，才能更好地應(yīng)用。我們用開關(guān)控制方式來控制燈光的啟閉，用調(diào)光控制方式來控制燈光的色彩和光強。關(guān)于開關(guān)控制方式，總結(jié)如下：

(1)如果無需太多定制功能或無需太高保密要求，政府城市照明管理部門、企業(yè)采用模塊化照明控制系統(tǒng)控制路燈或景觀照明，會比較經(jīng)濟適用。

(2)政府城市照明管理部門管理著多個區(qū)域的景觀照明，為了統(tǒng)一控制，管理部門應(yīng)該在景觀照明規(guī)劃設(shè)計時就規(guī)定統(tǒng)一采用支持某個協(xié)議的產(chǎn)品。

(3)各類燈具、開關(guān)量模塊或其他設(shè)備都應(yīng)按種類配備各自獨立的配電回路，且取電點盡量集中以便于統(tǒng)一控制。

(4)服務(wù)器、工控機或控臺等電腦類設(shè)備需要獨立的24 h供電回路，應(yīng)設(shè)在電源點附近。

(5)傳統(tǒng)的路燈三遙監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該逐漸向模塊化靠攏，使其既適應(yīng)路燈控制，也能適應(yīng)景觀照明控制。軟件方面實現(xiàn)模塊化、多時段、多場景編輯；硬件方面為適應(yīng)景觀照明回路多、配電箱體積小的特點，應(yīng)將三遙終端設(shè)備改為帶電流檢測功能的模塊，從而避免在配電箱內(nèi)安裝互感器。