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浅析智能照明控制系统在图书馆照明节能中的应用
2022-12-14 阅读(982)
刘丹
安科瑞电气股份有限公司，上海嘉定 201801
摘 要：简要介绍了一种新型的智能照明控制系统，论述了其系统特点和系统组成；结合该系统对某高校图书馆进行了照明节能设计。工程应用表明，该系统在公共建筑节能中很有效果。
关键词：高校；图书馆；智能照明控制系统；照明节能
0 引 言
照明耗电在各国总发电量中都占有很大比例，根据2004年住房和城乡建设部的统计， 我国照明耗电约占全国发电总量的10％一12％。 对一些照明时间较长、照明场所较多的机构，如高等学校，其照明耗电占本单位所有耗电的约40％。因此，在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施，可节约能源，产生明显的经济效益。
照明节能设计是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，减少照明系统中光能的损失，利用光能。通常使用的节能措施有以下几种：
(1)按照GB／T 50034--2004((建筑照明设计标准》规定的各种场所的照度标准、照明功率密度值。
(2)充分利用自然光。
(3)选用高光效、显色性好的光源，选择配光合理、安全高效的灯具，推广低能耗、性能优的光源用电附件。
(4)合理选择照明控制方式，如采用智能照明控制系统等。
目前的设计中，第一种和第三种方法一般都能达到，第二种方法需要电气设计人员和建筑协调，并且需要考虑建筑的立面效果，实际执行中有一定难度。第四种方法仅需合理采用新技术，合理布置系统，即能达到理想效果。
目前，我国高校图书馆大部分仍采用传统的控制方式，即在配电箱内由开关断路器完成。图书馆的性质决定了其人流量较集中时间段为9：00—11：00、14：00—17：00、19：00～22：00，其余时间人数较少。图书馆的阅览室管理员和电气管理人员通常是分开的，因此在图书馆使用人数较少时，便造成巨大的能源浪费。2008年我国南方的大雪更暴露了我国在电力能源上存在的缺陷，因此有必要进行照明的节能设计。
本次设计以某高校图书馆的照明设计为例，来介绍智能照明控制系统的应用。
1 智能照明控制系统
1．1系统简介
1．1．1 系统概述
(1)智能照明控制系统根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度及本区域的用途来自动控制照明。可进行预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。
(2)照明控制系统分为独立式、特定于房间式或大型的联网系统。在联网系统中，调光设备安装在电气柜中，由传感器和控制面板组成的外部设备网络来操作。联网系统可多点控制不同的房间或区域。
(3)联网系统具有标准的串行端口，可更容易地集成到中央控制器。这些接口通常是双向的，因此，中央控制器可请求亮度变化，然后确认操作。从照明系统得到的信息还可用来确定电能消耗或在房间空闲时模拟实际场景。
1．1．2 系统特点
(1)灵活的可编程控制功能，降压、限压幅度及开关灯时间可任意设定。
(2)控制模式有时控、光控、手动控制、时光混合控制、上位机远程控制及根据使用地点的经纬度自动控制。
(3)具有软启动、软过渡、软关闭功能，防止过电压及冷启动大电流对灯具的冲击，大幅降低灯具的损坏率。
(4)对钠灯、汞灯等灯具设有可调的全压预热启动时间，灯具能充分预热，平稳过渡到正常工作状态。
(5)实现全夜灯及半夜灯控制。
(6)完善的再启动功能，当负载故障、外部供电故障结束后，能自动重新点燃灯具。
(7)三相开关灯时间及输出电压可独立调节，可接不平衡及不同类型的负载。
(8)完善的防雷、过电压、过热保护、三相独立过载保护。
(9)故障报警自动旁路功能，并将故障信号上传。
(10)具有断电数据保护功能。在系统断电时，所设定的参数不丢失，且时针可正常运行。
(11)配有RS一485接口，能实现与上位机之间的信息传递。可通过上位机设定并修改参数，能远程监控系统。
1．2系统组成
照明控制系统是一个总线型式或局域网式的智能控制系统。所有的单元器件均内置微处
理器和存储单元，由信号总线(双绞线或光纤)连接成网络。每个单元均设置单元地址并用，通过软件设定其功能，输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转换为总线信号在控制系统总线上广播，所有的输出单元接收并作出判断，控制相应回路输出。系统通过总线连接成网。
该系统组成为：配电箱内安装的调光、开关模块；供用户直观操作、控制灯光场景的控制面板；用于连接照度探测、存在探测等的传感器；用于实现自动化管理的时钟管理模块；用于构成组网的控制总线；用于操作中心集中控制的操作系统。
2 工程应用
该工程为某高校图书馆，建筑高度为42 m，共7层，每层4个阅览室，每个阅览室面积为1 000 m2，连廊面积近1 500 m2，连通4个阅览室。
图书馆藏书量为200万册。按GB 50045--1995《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)规定，该图书馆的负荷等级为一级。阅览室的普通照明用电按三级负荷供电，应急照明按一级负荷供电。公共走道应急照明按一级负荷供电，普通照明按二级负荷供电。因此，在智能照明设计中按不同负荷等级进行设计。
2．1 阅览室的照明设计
阅览区通常是大开间的场所，在实际应用中采用T5荧光灯，配用电子镇流器，在灯具上做到了节能。回路划分按以下原则进行：
(1)尽量按区域划分回路，通常将一个柱内空间作一个回路处理。
(2)与窗平行的灯具尽量分为一个回路，使控制系统可按室外光照亮度情况自动开关切换。
(3)出入El处尽量单独回路。
(4)应急照明尽量单独回路处理。
(5)划分回路时尽量多，以充分利用智能控制系统的功能。
阅览室配电箱系统图如图1所示。阅览室应急照明应属于一级负荷，因此采用双回路供
电，另加灯具自带蓄电池满足规范的要求。应急照明设计与公共走道的应急照明相同。
图1 阅览室配电箱系统图
2．2公共走道的照明设计
公共走道照明采用双回路供电。应急照明回路采用灯具自带蓄电池来满足规范的要求，蓄电池充电线在断路器后端取得，不通过该模块，既起到对该线路的保护作用，又满足了蓄电池的充电线。
由于应急照明在火灾时需要强行点亮，因此在设计时将应急照明和普通照明分别由两个模块来控制。应急照明模块带AUX接口，火灾时能通过火灾报警系统传送的消防干接点信号强行点亮该模块所带的灯具。端口接法如图2所示。
公共走道配电箱系统图如图3所示。
图2 智能灯光控制系统及消防信号连接示意图
图3公共走道配电箱系统图
2．3系统的联网设计
控制系统采用总线式控制布线，采用6类4 对双绞线的非屏蔽电缆。子网的传输速度达到9600 baud／s，主干网的传输速度达到57 600 baud／s，使系统的稳定性和可靠性得到提高。系统连接示意图如图4所示。
图4灯光控制模块连接示意图
总线设备的连接方式采用手拉手的设备连接，总线采用单独穿钢管敷设，尽量不与强电电缆共用同一线槽。
采用智能照明控制系统后，系统可达到一定的效果：
(1)可使照明系统工作在全自动状态。通过配置“智能时钟管理器”可预先设置若干基本工作状态，通常为白天、晚上、清扫、安全、周末、午饭等，根据预设定的时间自动在各状态之间转换。
(2)每个区域都配置手动控制面板，可随时调节房间的工作状态及满意的灯光效果。照明控制系统可保证办公区域和公共区域的协调工作。
3 安科瑞智能照明控制系统
3.1 概述
ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。
3.2 应用场所
适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。
3.3 系统结构
3.4系统功能
1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。
2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。
3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。
4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。
5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。
6）拖动调光控件，照明设备从0%到100%进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。
7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。
8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。
9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。
10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。
11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。
12）预留BA或第三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。
3.5 设备选型
4 结语
采用智能照明控制系统后，可使系统根据不同时间工作在不同的状态，达到了照明节能的目的。该系统可应用于酒店、办公楼等公共建筑中。目前，正在大力推进建筑节能减排的任务，相信随着系统的应用和推广一定会使建筑节能达到理想效果。
参考文献:
[1] 中国建筑标准设计研究院．电气照明节能设计
[M]．北京：中国计划出版社。2007．
[2]GB 50054--2004建筑照明设计规范[s]．
[3]陈义清. 智能照明控制系统在高校图书馆照明节能设计中的应用[J]. 现代建筑电气, 2013, 4(6):5.
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.06版
