绿色建筑照明控制系统

文｜上海泰豪智能节能技术有限公司 叶 律

上海灵佳自动化信息技术有限公司 林永健

1 概述

照明控制在历史上共分为三个阶段：手动控制阶段、自动控制阶段和智能控制阶段，他们是伴随着人类社会和技术的进步发展起来的。

电灯发明以后，一般采用开关控制或者断路电器等工具进行照明控制。这是一种在电气时代最简单的控制方法，在回路较少的情况下，这种方法简单、直观、方便。随着大面积照明场所的出现，尤其是写字楼的出现，使得简单的开关控制不再适应现实的需求。

在手动控制阶段后期，由于远距离控制的需要，在原有的开关控制基础上发展出了触发器、继电器和时钟控制等，这时就进入了自动控制阶段。这些设备主要起到的是定时、远距离和集中控制的作用，比如写字楼的照明系统，可以在一定时间内集体开关，远距离集中控制；还比如路灯系统，可根据本地日照情况集中控制多条道路的路灯开关。

随着计算机技术的出现，照明控制也进入了智能控制阶段。智能控制系统以计算机和网络技术为核心，以计算机技术、通信技术、自动控制技术等互相渗透为基础，以现代化多种光源共同组成的照明系统为控制对象，以人机交互为最终目的。

随着现代科技的发展，高效节能、无污染、?无公害的绿色照明技术LED照明将取代传统光源成为主流照明技术。

现代的智能化控制系统是数字化、模块化的分布式控制系统，整个系统由控制模块、探测模块、操作模块等部分组成，其中操作模块又可分成开关操作和调光操作；探测模块主要包括照度探测器、红外线探测器、声光探测器等；控制部分又分为个体控制、群组控制和模式控制等。现代化的智能控制系统其控制部分并不是集中在某一控制区内，而是分散在整个回路的多个部分，由回路中的不同光源点的实际情况根据人们事先设定好的要求分布式控制，真正实现人机互动的要求。整个系统网络的连接也非常的简单，参照计算机的传输模式，一般实行的是有线的传输模式，或是通过无线的传输方式。传输中所使用的电压也不在是传统控制中的高压传输，一般都是采用低压传输。

采用智能的照明控制系统，不仅能控制照明系统模式，还能对于单体照明回路进行个性化调节，从而可以达到节约能源，延长灯具使用寿命的目的；同时又能营造出舒适的生活和工作环境，减少翘板开关造成的电磁污染，最大限度地展现绿色建筑节能、节材的先进理念。

2 照明控制系统原理与特点

智能照明控制系统利用电磁调压及电子感应技术，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因素，降低灯具和线路的工作温度，从而达到优化供电目的。智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少由于过压所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能。同时智能照明控制系统采用计算机编程，将外部环境的监测、灯具的监控与跟踪、系统的优化集成到一个平台或模块上，利于进行集中式的智能化管理。

智能化照明控制系统应该具有以下特点：

（1）系统集成性。是集计算机技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、微电子技术、数据库技术和系统集成技术于一体的现代控制系统。

（2）智能化。具有信息采集、传输、逻辑分析、智能分析推理及反馈控制等智能特征的控制系统。

（3）网络化。智能照明控制系统可以是大范围的控制系统，需要包括硬件技术和软件技术的计算机网络通信技术支持，以进行必要的控制信息交换和通信。

（4）兼容性。智能照明控制系统应该可以与楼宇中的其他智能控制系统之间具有控制和监测信号可兼容性，智能照明控制系统可以单独的形成一个独立系统，也可以作为整体楼宇智能化系统的一个子系统。

（5）使用方便。由于各种控制信息可以以图形化的形式显示，所以控制方便，显示直观，并可以利用编程的方法灵活改变照明模式和效果。

3 照明控制系统的分类

3.1 多线制与总线制

现代照明控制系统主要有两种方式：多线制和总线制。

多线制控制是由一个总控制器来完成对于整个照明系统的检测与控制实施，各个照明点的控制及信息处理都是在这个总控制器中完成的。优点是控制管理集中，在一个点就可以完成对于整个系统的控制，但是一旦总控制器出现软/硬件故障，那么整个系统就处于失控状态。为了消除这种隐患，出现了总线制控制系统。而现在的智能照明控制系统大多都采用模块化的总线制控制的结构，将各个子系统挂接在总线上，各个子系统通过通信协议进行信息传递。各子系统可以独立在各自区域内进行照明控制，也可以由主控制器进行集中控制。如果某个子系统出现故障，影响范围仅限于子系统本身。这种总线制的结构也具有良好的扩展性。

总线制智能照明控制系统按照功能一般可以划分为输入单元、输出单元、系统单元以及相应的辅助单元和软件系统，各个单元则是由不同功能的基本模块构成的。

输入单元的功能是将外界的控制信号（即控制愿望）转化为系统可识别的系统信号。输入单元的形式大致有控制面板、液晶触摸屏、智能传感器、时钟管理器、遥感器等。

输出单元的功能是接受控制总线上输入单元发出的控制信号，并具体实施照明系统的控制功能，控制相对应的负载回路。输出单元的大致形式有开关控制模块、传统光源调光控制模块、LED调光模块、开关量控制模块、以及其他模拟输出模块等。

系统单元是构成智能控制网络的各个独立功能部件，在系统控制软件的调控下，通过计算机系统对整个照明系统进行全面实时控制。系统单元主要包括控制总线、编程插口、主控计算机、以及其他网络配件等。

辅助单元并不是每一个系统的必要构件，只有在自身控制系统无法满足控制需求时，才考虑加设诸如分割模块、电源模块、辅助控制器或功率放大器之类的辅助单元。

软件系统则应当根据系统要求包含控制软件、编辑软件、图形监控软件和一些具有特定功能的辅助设计软件。

3.2 照明控制系统控制方式

智能照明控制按照不同的控制方式可以分为分区域控制、分类型控制和情景模式控制等。分区控制就是将一个区域划分为若干个子区域，从而达到既可以独立控制每个独立区域，又可以联合控制整个区域。分类型控制就是将一个区域内相同类型或者相同控制要求的灯划分为一组或若干组，从而达到既可以同组控制又可以整体控制。情景模式控制就是为某个回路的灯按照使用要求设置一定的智能运行程序，从而使这个回路的灯具根据不同的使用场景自动调节运行状态。

采用这些智能控制模式，可以大大地减少传统翘板型开关，降低传统开关开启时产生的电磁污染，优化室内环境。而集中式的监控模式又便于了解和控制整个照明系统的运行状态，避免因为人为疏忽而造成的某个区域或某个回路的错误开启/关闭，造成不必要的能源浪费或影响工作生活。

这几种控制类型也可以根据具体需求和环境相互结合，从而达到更便捷、更节能的目的。

4 绿色照明控制系统

随着当今社会经济发展，城市的中心地区建造了越来越多的综合型办公楼宇，这些楼宇中照明系统的能耗占据楼宇总体能耗中相当可观的一个比例。如何应用绿色低碳光源、优化照明控制系统，减少不必要的照明能耗，将会是未来一个重要的研究课题。一方面研发低能耗高效率的现代化光源合理地替代传统光源，在保证照明质量的前提下提高发光效率和照明舒适度；另一方面采用楼宇智能化照明控制系统，通过严谨科学地控制程序编制，可以最大程度优化整体照明布局，合理简便地监控照明系统的运行，降低系统耗电量，同时有效延长部分照明灯具的使用寿命。在现代化的办公楼中存在为数不少的长时间或24小时开启的灯具，但是这些灯具的真正使用率却很低，只是在紧急情况或局部区域处于使用状态下才发挥照明作用，不过这些灯具却长时间保持开启。比如楼道和楼梯中的逃生指示灯，一般都处于24小时开启状态，但它本身却不能提供照明作用。如果采用照明智能控制系统，按照逃生灯的特殊功效进行系统程序编制，设定成情景模式控制，与楼宇中的消防应急系统进行联动，当发生火灾或其他紧急状况时，自动将此回路开启，这样可以节约一定量的电能消耗，并且延长灯具的实际使用寿命。

建筑物中长时间提供指定照度的灯具也需要通过采用智能照明控制系统来优化管理。根据各自区域的不同照明要求和绿色建筑的规范，编制相应的控制策略，采用分区、分类或者情景模式控制，利用计算机系统进行优化计算，精准地监控系统内所有照具的状态。在采用智能照明控制系统时，可以与建筑物中的周边环境和使用特点相结合，如适度地利用自然光，根据自然光强度自动调节照明系统照度；比如根据局部区域的人流特点设置红外感应仪与时钟装置，自动控制局部的灯具开启/关闭；可以自由设置不同情境模式，根据使用功能不同，简单地在不同模式间相互切换。利用智能照明控制系统可以提供一个高品质的生活工作环境，并且在这个环境中保障高舒适度的同时，做到最大限度的节能、节材，更好地符合绿色建筑的规范要求。

5 结束语

绿色建筑的照明控制系统需要结合绿色光源的特性，在充分利用自然光源的基础上，应用智能化控制策略来满足人们生产与生活的需求。