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第26章 智能照明控制系统原理(3)

3)智能传感器

智能传感器是系统中实现照明智能管理的自动信息传感元件,具有动静检测(用于识别有无人进入房间)、照度动态检测(用于自动日光补偿)和接收红外线或无线遥控等3种功能。

传感器接口模块用于连接照度探测、占有探测、移动探测等传感器。

4)时钟管理器

时间管理模块的时钟能与控制系统总线上的所有设备互相接口,实现自动化事务和实时事件控制。它可以用于一星期或一年内复杂照明事件和任务的时序设定,可对客厅、餐厅、卧室、洗手间、走廊、景观照明等系统具有周期性控制特点的场所实施时序控制。一台时钟管理器可管理多个区域,每个区域可有多个回路、多个场景。

4.3.2输出单元

输出单元的功能是:接收总线上的控制信号,控制相应的负载回路,实现照明控制。输出单元包括开关控制模块、调光控制模块、开关量控制模块及其他模拟输出单元。

1)开关控制模块

开关控制模块的基本原理是由继电器输出节点控制电源的开关,从而控制光源的通断。

开关控制模块的输入电源可以是单相交流220V,也可以是三相交流380V。

2)调光控制模块

调光控制模块是控制系统中的主要设备,它的基本原理是由微处理器控制可控硅的开启角大小,从而控制输出电压的平均幅值以调节光源的亮度。它的主要功能是对不同功能的灯具进行配电、无级连续调光和开关控制(开关控制器无调光功能)。能适应电源电压、频率的变化,抑制电磁干扰,改善电源电压输出波形,防止高启动电流和热冲击,以及通过软启动特性和软关断技术来保护灯具,延长灯具寿命。

调光控制模块可以储存控制场景,通过调试软件编程后,用户可以很方便地在面板上调出不同组合、不同明暗的灯光效果,以满足实际的照明需求。同时,当系统因外在因素掉电后,恢复通电时将会自动恢复掉电前的场景。

调光控制模块还具有自定义灯光场景控制序列的功能,可以使照明控制和照明效果更加丰富多彩。

3)LED控制与调光模块

随着半导体光源的发展,发光二极管(LED)灯的实际应用也越来越多,特别是景观亮化、主题公园工程。由于目前LED灯售价较高,所以现阶段LED灯主要集中用于舞台、景观工程、道路和隧道照明。LED灯的使用涉及控制和调光,因此照明控制系统生产厂商也都纷纷推出LED控制和调光模块。

4.3.3系统单元

系统部分由供电单元、系统网络、调制解调器、编程插口和PC监控机等具有独立功能的部件组成,在系统控制软件的支持下,通过计算机对照明系统进行全面的实时控制。

1)控制总线

控制总线的作用是传输信号,像C-Bus智能照明控制系统的控制总线同时还是电源供电线缆。

2)编程插口

采用便携式编程器或计算机插入编程插口与系统网络相连接,就可对系统任何一个调光区域的灯光场景进行预设置、修改或读取,并显示各调光回路预设置值。

3)控制计算机

智能照明控制系统是一个数字式控制系统,它能接受控制计算机的管理。可通过控制计算机对照明控制网络进行实时监控、管理和对有关信息的网络远程传输。

4)网络配件

包括网关、服务器、交换机等。

4.3.4辅助单元

1)多个房间分割模块

合并或分割多个房间的面板控制,干结点输入设置合并或分割,中转控制目标,场景、序列、通用开关、单回路调节。

2)电源模块

对于比较大的系统,负载较多时,可增加电源模块。输入、输出分别有:过压/短路,过载/短路保护保护,电子限流。电源模块可直接并联。

3)红外、无线遥控器

便于人们对工作、生活的光环境进行自我控制,红外、无线遥控器有着更多的应用空间。

4)可调光功率放大器

在系统线路较长时,需加装功率放大器,并且需外接断路器。调光功率放大器输入控制电压AC0~220V,控制信号输入DC0~10V。

4.3.5系统软件

1)控制软件

多媒体联动控制软件是集灯光控制、音频控制、视频控制、表演控制等为一体的多媒体集中控制软件,提供第三方控制接口,方便照明控制系统的扩展。

2)编辑软件

编辑软件能根据用户的效果需求进行节目编程,对音频、视频、图像等媒体进行控制。

同时,通过网络可对智能照明控制系统或专业舞台灯光控制系统及第三方提供的系统或设备进行联动控制。

通过艺术与科技的结合,完成一系列用户需要或满意的效果,从而达到声光电同步表演的目的,给人们耳目一新的身心感受。

3)图形监控软件

智能照明控制系统图形监控软件是一种功能强大而方便的图形化软件,它以图形方式对照明回路状态进行监测与控制,具有运行数据统计、状态报警、定时控制、场景控制、调光控制,超级链接等先进功能。

4)系统辅助设计软件

一些厂商还配有专门的传感器规划工具软件,可完美地配合AutoCAD绘图软件使用,为灯光设计师提供快捷、方便的工程项目辅助设计和规划。

4.4智能照明控制方式

4.4.1典型控制

1)定时控制

定时控制是一种常用的控制方式,分为计时器控制和实时时钟控制两种,通过时钟管理器等电气元件,实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具时间的控制。

计时器由手动操作,一旦被驱动,打开灯光并保持一段时间,时间的长短是预设的,计数时间到就关闭灯光,如要打开灯光则需重新驱动定时器。一般的计时器可定时5min~2h。

人离开后可自动关闭灯光,从而节约能源。如果人停留的时间超过定时时间,则需再次驱动,可能会造成灯光频繁的开关。计时器大多用在人只作短暂停留的场合或者正常工作时间以外偶尔有人逗留的区域。

实时时钟控制是根据预先的时间设定进行控制,根据时间打开、关闭灯光或调节灯光到某一设定的水平。有机械实时时钟和电子可编程实时时钟两类。机械实时时钟简单易用,价格相对便宜,但只可设定一个时间。电子可编程实时时钟则可设定很多不同的灯光区域和时间。采用实时时钟管理灯光方便,可节约能源,但较为刻板,有时需设手动开关。

2)区域场景控制

通过每个调光模块和控制面板等电气元件,实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的场景切换控制。

智能照明中,回路级别是根据使用要求和其他因素(例如进入建筑物的日照水平)预先编程的。照明设备可以独立控制,或者在回路中成组控制。每个回路或者设备可设置成不同的亮度水平,这些亮度水平可以储存为一个“场景冶,其可以看作为一个房间或区域的一个完美外观。场景一旦设计完成,可以很容易地通过操作墙上的控制面板或遥控器实现,也可以通过定时器、光传感器或者根据活动区域传感器自动地实现场景照明。一旦新的场景被选中,照明设备将以预先设定的速率淡入到新的设置水平。常见的场景数量是8个,有些系统可能有更多的回路。

区域场景控制可以实现多种照明效果,创造视觉上的美感。其不足之处是修改场景必须通过编程。区域场景控制通常用在功能用途较多的建筑物或房间中,如建筑物内的展厅、报告厅、大堂、中庭等。这些地方如果配以智能照明控制系统,按其不同时间、不同用途、不同的效果,采用相应的预设置场景进行控制,可以达到丰富的艺术效果。

3)照度检测控制

通过每个调光模块和照度动态传感器等电气元件,实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的自动调光控制,使该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变,始终维护在照度预设值左右。

为了充分利用日光,节约能源,通过照度传感器检测窗户外边的自然光照度,根据日光系数计算出室内某一点的水平照度,由计算得出的水平照度值开启相应的灯光并调节到相应的亮度,使该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变,始终维持在照度预设值左右。这种控制方式主要使用在办公室照明场合,因为办公时间主要在白天,天空亮度很高,近窗处的日光照度就可能符合视觉作业的要求。这种照度平衡型昼间人工照明的控制方式有利于节约电能,能够保证该区域内的照度均匀一致。有关研究表明,在旧金山的电气公司大楼使用光电控制系统,在有日光照明的区域中照明用电消耗减少了25%~35%。

但是,利用昼间照明存在以下两个方面的问题:

(1)建筑设计师需要确定一年中哪些时期日光在室内产生的照度超过日常工作所需的照度。

(2)安装由日光控制的人工照明系统时,需要有准确的控制参数以保证有舒适的视觉环境。照明工程师需要有每时每刻的局部室内日光水平,建筑设计师需要知道工作时间内局部日光水平的利用率。至今还没有一个天空亮度模式预测室内照度的精确度在20%以内,为了达到这个目标,对天空亮度模式的研究现在和将来仍然是最基本的。

4)活动区域探测控制

通过每个调光模块和动静传感器等电气元件,实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的自动开关控制。

活动区域的传感器安装在房间中,它能检测出某个房间或区域内是否有人走动,并把这个信息反馈到控制器,从而控制相应灯光的打开或熄灭。控制器可以计算出探测到没有人走动的时间。每次探测到有人走动,计算重新开始。一旦探测到有一段时间没有人走动,房间或区域内的灯光将关闭或调暗到节约能源的水平。如果更长一段时间没有人走动,灯光将完全关闭。使用活动区域传感器可以节约能源,但必须注意传感器的安装位置,如果安装不当,探测到窗帘或空调风扇的运动信号也会触发传感器,造成不当的开灯或关灯。有红外线、紫外线、微波和声音等活动区域传感器,它们常用于图书馆书库、仓库、办公室、会议室、储藏室和盥洗室等处。住宅的门厅前设置活动区域传感器,主人深夜归来可自动打开门厅灯光,待主人进屋后自动关闭。

5)照明与窗帘的联动控制

电动窗帘控制系统是整个智能照明控制系统的一个重要组成部分。电动窗帘控制系统的核心是窗帘电机控制器,通过它可以用系统中的某些控制手段对窗帘进行控制。窗帘的开闭可由照度传感器控制,白天当它感测到足够的亮度,可以自动打开或关闭窗帘;夜幕降临时可以将窗帘自动关闭。在家居室内,还可以根据主人的喜好自行设计窗帘开关程序,比如开1/2、关1/2、开1/3等。由于季节不同,同一时间的日光水平不同,控制窗帘开闭的亮度在不同的季节应设置在不同的水平。窗帘的联动控制可用于智能化小区、居民住宅、写字楼、别墅、宾馆、医院、体育馆、教学楼、实验室、科研场所等处。

4.4.2无线控制

对于旧的建筑要进行照明节能改造,就会面临如何布线的问题。怎样能够不通过电缆而摆脱物理连接上的限制,使得智能照明控制设备运行起来?为了解决这个问题,多年来,人们不断探索,形成了当今令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。其中,最流行的关于短距离无线数据通信的三个标准是:蓝牙(Blue tooth),IEEE80211(WiFi)和红外线数据协会(IrDA)协议。

在舞台灯光领域,人员活动频繁,其灯光控制更需要无线控制。

1)手动遥控器控制

这种控制方式是通过红外线或无线遥控器,实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的手动控制和区域场景控制。

另外,现在大约80%的家庭拥有3个以上遥控器,过多的遥控器使人产生不方便感,而多种功能合一的遥控开关集多种遥控功能于一身。首先,它是无线遥控开关,可以控制家中的照明、窗帘、空调等系统;同时,它也是红外遥控开关,内置了许多品牌的电视机、音响设备、VCD等红外控制指令集;还可以学习两种红外线遥控器的控制功能,用于起居室或高级家庭影院。将计算机、电话、视听设备、安全监控设备、厨房设备、电灯、窗帘等受控设备的红外遥控码进行学习,并对所有设备进行模拟控制,然后集中在一个无线液晶屏上,通过液晶屏上的中文菜单选择点击,只要拿着这只全能遥控器,可以遥控家里任何一个角落的设备。

(1)红外遥控开关

红外遥控开关由红外编码发射与红外接收译码控制两部分组成。电路由一对红外发射与接收头、编码及译码专用集成电路和控制电路三个部分组成。当按下遥控键后,编码器工作,无线收发器(TX)选出串行编码信号,通过红外发射头发出红外信号,经目标反射后,由红外接收头接收,送入译码器输入端。当译码与编码一致时,译码器输出端输出相应的高低电平信号去驱动控制电路工作,产生使光源开关的开或关的动作。

(2)无线遥控开关

无线遥控开关由无线电编码发射部分及无线电接收译码控制部分组成。电路由振荡发射电路、接收电路、编码及译码专用集成电路和控制电路四部分组成。当按下遥控键后,编码器工作,TX送出串行编码信号控制振荡电路工作,产生调制射频信号,由天线辐射出去。

信号经目标反射后,被接收电路接收,送入译码器输入端。当译码与编码一致时,译码器输出端输出相应的高低电平信号去驱动控制电路工作,产生使光源开关的开或关的动作。

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