智能照明系統(tǒng)在海洋科技館中的設(shè)計與實現(xiàn)

姜東岳 陶偉 劉立敬

摘 ?要：該文通過對青島海洋科技館場館內(nèi)照明配電系統(tǒng)進行智能化設(shè)計與改造，從系統(tǒng)的硬件選擇、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的選型、系統(tǒng)的組態(tài)畫面以及程序的編寫，實現(xiàn)場館燈光照明的智能化控制，提高科技場館設(shè)備的智能化水平。

關(guān)鍵詞：智能照明；組態(tài)；物聯(lián)網(wǎng)；場館燈光；系統(tǒng)硬件

中圖分類號：TM923.02 ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0132-04

Abstract： In this paper， through the intelligent design and transformation of the lighting and power distribution system in Qingdao Ocean Science and Technology Museum， from the selection of system hardware， the selection of Internet of things equipment， the configuration picture of the system and the compilation of the program， the intelligent control of lighting in stadiums is successfully realized， and the intelligent level of equipment in science and technology venues is improved.

Keywords： intelligent lighting; configuration; Internet of things; venue lighting; system hardware

智慧照明是近年來發(fā)展較為迅速的一種技術(shù)，其借助于物聯(lián)網(wǎng)，通過組態(tài)軟件的編程，將傳統(tǒng)的空氣開關(guān)控制轉(zhuǎn)變成電腦智能控制，從而實現(xiàn)了開關(guān)的智能化，并廣泛應(yīng)用于樓宇控制、大型商超、圖書館以及學(xué)校中。

青島海洋科技館位于青島市南區(qū)萊陽路1號，是全國第一批公益科普教育基地，主要承擔(dān)普及青少年海洋知識、開展海洋生物研究等相關(guān)職責(zé)。該場館的構(gòu)筑物均位于地上，由于照明燈具數(shù)量多，場館安保人員通過配電盤上空氣開關(guān)開啟或關(guān)閉上百盞燈具是日常行為，存在危險性大、勞動強度高的問題。為解決上述問題，根據(jù)實際情況，開發(fā)設(shè)計一套智能照明系統(tǒng)，滿足場館內(nèi)智能化開關(guān)燈的需求。

本文以實現(xiàn)單位照明燈具智能化為目標(biāo)，根據(jù)實際情況，通過設(shè)計實現(xiàn)場館內(nèi)配電系統(tǒng)智能化的方案，完成智能照明系統(tǒng)的設(shè)計安裝工作。

1 ?場館內(nèi)智慧照明的設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 ?場館的現(xiàn)狀與智能照明需求

該海洋科技館共有4個場館，分別是水母宮、海豹館、生物標(biāo)本館、淡水生物館，各個場館位置較為分散，現(xiàn)有的照明系統(tǒng)控制為傳統(tǒng)的空氣開關(guān)控制。為實現(xiàn)場館所有的照明燈具統(tǒng)一化管理，需要一套智能照明控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)定時控制、區(qū)域控制、現(xiàn)場手動和自動相結(jié)合等多種控制方式，不僅能有效避免展廳的照明浪費，還能提高場館的照明管理水平。

1.2 ?智能照明系統(tǒng)的設(shè)計

1.2.1 ?系統(tǒng)硬件的選型與設(shè)計安裝

現(xiàn)場燈控回路硬件的選擇：針對青島海洋科技館中生物標(biāo)本館和海豹館照明控制回路多（共計80多路）、電流?。ㄒ话?～4 A）的特點，選用帶有RS485功能的16路智能燈控模塊，該模塊遵循Modbus-RTU協(xié)議，能夠根據(jù)上位機的指令進行燈控回路的控制，并且該模塊控制回路數(shù)量多，具有現(xiàn)場手動模式，即使在遠程不能操縱的前提下，根據(jù)現(xiàn)場手動面板的指示，本地仍然可以靈活控制。根據(jù)上述實際情況，設(shè)計了場館內(nèi)生物標(biāo)本館的智能照明原理圖，如圖1所示。

生物標(biāo)本館所控制燈的回路是60路，因此選用4塊16路的智能燈控模塊進行設(shè)計，滿足當(dāng)前需求。4個模塊設(shè)Modbus-RTU的地址分別是1、2、3、4，模塊與模塊之間通信采用RS485手拉手的連接方式，每個模塊在控制現(xiàn)場配備一套手動面板。根據(jù)以上設(shè)計原理，技術(shù)人員進行了燈控模塊控制箱的安裝，如圖2所示。

同時針對水族館和淡水館控制回路少（3到8路）的特點，及智能燈控模塊單路控制電流小的缺點，我們在此選用具有RS485功能的智能空氣開關(guān)。這種開關(guān)既具有原有空氣開關(guān)防載、短路的功能，又能通過RS485傳輸線夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制功能。根據(jù)場館的實際情況，設(shè)計淡水館二層區(qū)域燈光控制如圖3所示。

在圖3的原理圖中，共設(shè)計5路單P空開斷路器，每路空開最高電流為16 A，智能空氣開關(guān)斷路器采用RS485手拉手的方式進行連接。根據(jù)圖3原理圖，技術(shù)人員對原有傳統(tǒng)的單P空氣開關(guān)進行更換，如圖4所示。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的選擇：為了分散場館的RS485控制設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，本套系統(tǒng)采用串口服務(wù)器，將傳統(tǒng)的RS485控制設(shè)備轉(zhuǎn)變到網(wǎng)絡(luò)中，借助于已經(jīng)建好的場館局域網(wǎng)，實現(xiàn)控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。串口服務(wù)器原理圖如圖5所示。

串口設(shè)備經(jīng)過RS485線路連接到串口服務(wù)器中，串口服務(wù)器通過協(xié)議轉(zhuǎn)換的形式將數(shù)據(jù)傳送到局域網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)中），利用組態(tài)軟件接受或者發(fā)送Modbus-Rtu指令。

1.2.2 ?軟件選擇

為實現(xiàn)用界面化操作對現(xiàn)場RS485控制設(shè)備發(fā)送或者接受指令，本套系統(tǒng)采用國產(chǎn)組態(tài)軟件組態(tài)王進行組態(tài)畫面，通過后臺簡易編程，快速實現(xiàn)了操作的可視化、便捷性。

1.2.3 ?智能照明系統(tǒng)拓撲圖

根據(jù)場館照明配電系統(tǒng)布局，設(shè)計本次智能照明系統(tǒng)拓撲圖，如圖6所示。

上述拓撲圖中，將串口服務(wù)器1—4分別安裝于上述4個獨立的場館，串口服務(wù)器向下連接燈控模塊或者智能RS485空開，向上連接交換機，最后通過局域網(wǎng)連接到控制室，實現(xiàn)控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。

1.2.4 ?組態(tài)編程

首先，設(shè)定主畫面，通過主畫面中的4個按鈕，可以切換到任意一個場館的燈光控制。設(shè)計畫面如圖7所示。

其次，分別對4個場館的燈光控制畫面進行設(shè)計，既要實現(xiàn)每路開關(guān)按鈕控制的功能，又要實現(xiàn)定時控制的功能。下面以淡水生物館燈光控制為例，進行畫面設(shè)計。如圖8所示。

最后，根據(jù)畫面的功能，在組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)詞典里填寫數(shù)據(jù)變量表，并編寫程序。表1為淡水生物館（一層與二層）燈光的變量表。

填寫完變量表后，以下為淡水生物館燈光控制組態(tài)程序，配置如下：

if（＼＼本站點＼淡水館定時使能==1）

{ if（＼＼本站點＼淡水館開始設(shè)定小時==＼＼本站點＼$時&&＼＼本站點＼淡水館開始設(shè)定分鐘==＼＼本站點＼$分）

{＼＼本站點＼淡水館全開=1;

}

if（＼＼本站點＼淡水館結(jié)束設(shè)定小時==＼＼本站點＼$時&&＼＼本站點＼淡水館結(jié)束設(shè)定分鐘==＼＼本站點＼$分）

{＼＼本站點＼淡水館全關(guān)=1;

}

}

if（＼＼本站點＼淡水館全開==1）

{＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器=＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器+1;

if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==1） ?＼＼本站點＼淡水一層燈1=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==4） ＼＼本站點＼淡水一層燈2=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==7） ＼＼本站點＼淡水一層燈3=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==10） ＼＼本站點＼淡水二層燈1=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==13） ＼＼本站點＼淡水二層燈2=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==16） ＼＼本站點＼淡水二層燈3=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==19） ＼＼本站點＼淡水二層燈4=1;

else if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器==22） ＼＼本站點＼淡水二層燈5=1;

if（＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器>=23）

{ ＼＼本站點＼淡水館全開=0;

＼＼本站點＼淡水館計數(shù)器=0;

}

}

if（＼＼本站點＼淡水館全關(guān)==1）

{ ? ＼＼本站點＼淡水館計時器2=＼＼本站點＼淡水館計時器2+1;

if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==1） ? ＼＼本站點＼淡水一層燈1=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==4） ＼＼本站點＼淡水一層燈2=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==7） ＼＼本站點＼淡水一層燈3=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==10） ＼＼本站點＼淡水二層燈1=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==13） ＼＼本站點＼淡水二層燈2=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==16） ＼＼本站點＼淡水二層燈3=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==19） ＼＼本站點＼淡水二層燈4=0;

else if（＼＼本站點＼淡水館計時器2==22） ＼＼本站點＼淡水二層燈5=0;

if（＼＼本站點＼淡水館計時器2>=23）

{ ＼＼本站點＼淡水館全關(guān)=0;

＼＼本站點＼淡水館計時器2=0;

}

}

通過程序的編寫，完全能夠?qū)崿F(xiàn)按鈕開關(guān)燈以及定時開關(guān)燈的功能，達到了設(shè)計的目的。

2 ?結(jié)束語

本文從實際出發(fā)，通過改造以前傳統(tǒng)照明配電控制，從智能照明系統(tǒng)的硬件選擇、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的選型以及系統(tǒng)軟件設(shè)計，詳細地說明了此套智能照明系統(tǒng)的原理與實際應(yīng)用、智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用，進一步減輕了一線人員工作的勞動強度，有利于加強科技場館的設(shè)備管理能力，并提高了場館設(shè)備的智能化水平。

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