夜景照明工程控制系统探析

关宏德

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

近年来，随着人民生活水平的提高，人们对于夜间光环境的需求也越来越高。夜景照明展现夜间光环境的特色魅力，美化了夜间景观，刺激了消费，体现了城市发展的综合实力，受到了政府和社会的广泛关注。夜景照明越来越成为城市发展不可或缺的一部分。

夜景照明的控制系统作为夜景照明技术的核心部分起到至关重要的作用。合理设计夜景照明控制系统，不仅能增强夜景照明的艺术表现力，也能提高管理人员的工作效率，并且能达到更好的节能效果。但是，当前夜景照明大量采用传统的时控开关控制，无法在重大节日或时间段灵活切换控制模式，并且无法实现远程控制管理，存在较大的弊端。

基此，本文拟探析夜景照明工程控制。

1 夜景照明控制的种类

夜景照明控制按功能操作管理可分为4类：

(1)手动控制

通过直接对断路器的通断，实现对夜景照明的开启和关闭。或者通过二次接线系统转换，为配电箱上的按钮来控制启闭。

(2)时间控制

通过在配电间内安装时间继电器装置，实现对各个回路按各个时间段开启和关闭。

(3)智能控制系统(开关量控制)

在配电箱内设置照明控制终端，并通过智能控制总线，将所有配电箱联网接至控制中心主机。控制中心主机安装夜景照明控制系统软件，根据项目需求进行编程，设定好各种场景模式。当用户临时需要切换模式时，通过对控制中心内现场控制面板的触控或控制电脑系统软件场景的点击，简单方便地控制灯光模式。

(4)媒体显示控制系统

利用夜景灯光的颜色或灰度的调光变化，实现媒体的展示。

综上4种方式，手动控制方式依靠人工管理，虽然减少了造价成本，但人力成本高及安全性较差，工程规模较小时可考虑采用；相较于手动控制，时间控制方式从管理方面会更方便一些，但也会遇到一些特殊情况，比如经常需要专业电工人员根据不同的节日模式及四季昼夜长短变化进行手动调整设置。一旦工程规模较大，配电箱数量较多时，这两种控制方式不灵活的弊端更加显现。而智能控制系统，根据其智能化的特性实现了照明的人性化、提升管理水平及达到节约能源的效果。尽管在初期增加了一些造价，但性价比相对较高，特别是对于大型夜景照明工程。而对于有文字、动画、图像等媒体显示的夜景照明控制系统，则需采用专用调光控制系统，现有比较成熟的控制系统为DMX512协议控制系统。

2 DMX512协议控制原理

DMX512是英文Digital Multiplex with 512 pieces of information (即多路数字传输)的简称。DMX512协议是由美国剧场技术协会制定的数字多路复用协议, 是一种用于发送器和调光设备之间的调光协议。DMX512协议主要应用于剧场舞台、娱乐环境、建筑照明等场所，现作为灯光行业数字化设备的通用信号控制协议。DMX512协议将控制器与调光设备的数字数据传输方法进行了界定，包括电特性、数据格式、数据通信协议、接口类型和电缆类型。

DMX512协议适合一点对多点的主从式灯光控制系统，控制器通过总线发送控制时序，总线上的设备接收控制数据，提取相对应的数据。DMX512协议时序图如图1所示。DMX512的数据传输方式为异步串行传输模式，调光器的数据信号依次传输，从第一路信号传出至最后一路调光器的数据信号传完，最多可达512路数据信号。有效的调光电平范围为0～255级，可将灯控制在关灯至灯具全亮的0～255级线性调光范围。

数字段号功能最小值典型值最大值单位①间歇期之间的间隔8888μs②间歇期之间的标号8.00--μs起始码1.00μs③帧时间43.1244.044.48s④起始比特位3.924.04.08μs⑤最低数据位3.924.04.08μs⑥最高数据位3.924.04.08μs⑦停止位3.924.04.08μs⑧帧之间的“标定”时间001.00μs⑨数据包之间的“标定”时间0-1.00μs

图1DMX512协议时序图

DMX512原来的标准(USITT DMX512-1990 调光器与控制台用数据传输标准)规定DMX512调光装置总的连接器采用120Ω标准阻抗的屏蔽双绞线连接5针180度XLR信号传输连接器，后根据市场需要标准(WH/T 32-2008，DMX512-A 灯光控制数据传输协议)进行了修订，允许采用CAT 6非屏蔽或屏蔽双绞线和RJ - 45模块化插孔连接器。5针XLR信号传输连接器的信号引脚分配如图2所示。

引脚号功 能①调光控制信号的公共连接点(屏蔽)②调光控制器驱动信号1-③调光控制器驱动信号1+④可选第二路调光控制数据链路信号2-⑤可选第二路调光控制数据链路信号2+

图25针XLR信号传输连接器的信号引脚分配

DMX512协议控制系统从成熟的舞台灯光控制到如今广泛应用于楼宇夜景照明灯光控制，技术发展已经非常成熟。其简单性、可靠性以及灵活性成为常规有灯光变化控制的首选夜景照明控制系统。

图3 夜景照明配电系统

3 夜景照明控制的设计

夜景照明设计分为配电系统设计及控制系统的设计，本文着重介绍夜景照明控制系统方面的设计，拟分别介绍夜景照明智能控制系统及DMX512协议控制系统。

3.1 夜景照明智能控制系统

主要控制灯具回路的通和断，通过对夜景照明配电箱内的智能照明模块的控制来实现，图3为某工程夜景照明配电箱的简易配电系统图。

在夜景照明控制主机上通过对夜景照明控制系统软件进行编程，依据不同日期、不同时段的需要，决定开灯的回路，实现了夜景照明的多种模式效果，合理的设置就能避免不必要的能耗浪费。相对于早期设计采用时控控制的方式，智能控制系统显得更加灵活，更加安全。特别是应对大型工程时，管理人员只要对控制中心主机进行操作并根据需求进行调整，实现可视化一键式操作。

3.2 DMX512协议控制系统

DMX512协议是目前应用最广泛的数字调光协议。其规定主控和分控制器的互联方式采用总线型的网络结构，是典型的一主多从方式。所有DMX512控制器均有一个DMX输入接口和一个DMX输出接口，DMX512控制协议允许各种灯光设备混合连接，在使用中可直接将上一台设备的DMX输出接口和下一台设备的输入接口连接起来。

基于DMX512控制协议的每套LED灯具都需要被赋予一个数字启动地址编号，这个地址编号即该灯具设备的地址码。地址码用于DMX512控制信号的寻址，以保证设备只对属于“自己的”控制信号产生反应。

设计时，一般可以将DMX512协议控制系统为3部分：DMX主控——DMX解码器(分控制器) ——LED灯具组成。

DMX512协议控制器的每一路输出回路是支持512个通道的，如果你一个“设备单元”是占了6个通道，那理论上最多只能连接85个“设备单元”，像普通的全彩LED灯具是RGB色占用3个通道，DMX512协议控制器输出的每路就可以连接170个灯具，图4为某工程DMX512协议控制系统图。

在与控制中心主机连接的情况下，DMX512控制器可以接受主机软件下达的指令，并完成相应的工作。DMX512控制器支持脱机运行，管理人员通过控制器上的按键也可进行节目的选择、速度的调节。DMX512控制器可进行自动地址分配，并联网实现效果同步。

图4 DMX512控制系统图

4 城市夜景照明控制

城市夜景照明工程的蓬勃发展，美化了城市形象，丰富了广大市民夜晚的文化生活。但现阶段城市夜景照明控制缺乏统一的规划和管理，造成不必要的能耗浪费，所以在进行城市夜景照明建设时，城市夜景照明控制系统应进行同步规划建设及制定管理办法。

城市夜景照明控制系统应能分区、分时、分级地监测、控制和管理城市照明设施运行。通过组网建立城市夜景照明控制统一平台，实现对公园亮化、建筑物亮化及道路亮化等系统的管理。

按城市夜景照明的控制逻辑关系和照明线路拓扑构建，城市夜景照明控制系统由中心主系统、中间通讯系统及终端系统的3层架构组成。

中心主系统主要由基于互联网络的管理平台软件、服务器、防火墙等总控端设备组成；中间通讯系统理解为通信网络，是整个系统控制指令和数据信息的传输通道，常用GPRS或4G公用移动数据通信网络作为中间通讯系统；终端系统包括智能照明灯控模块、DMX512协议控制器及各种转换协议网关等终端设备。

中心主系统具有数据采集、数据处理、控制、运行管理和系统管理等功能，并能完成城市夜景照明系统的实时监测、控制、调度和管理。中间通讯系统及终端系统的模块设置于城市照明的配电箱内，图5为城市夜景照明集控平台系统。

图5 城市夜景照明集控平台系统

根据上述的构架要求，相关部门可制定合理、通用的标准来进行城市夜景照明控制统一平台的建设，提高服务能力并达到节能目标。

5 结语

综上所述，在现阶段，夜景照明控制系统相对比较传统，无法满足人们使用时灵活多变的需求，需要设计单位、施工单位及业主单位多方面人员的共同努力。目前夜景照明设计大多由照明公司设计，电气及控制设计水平参差不齐，希望城市夜景规划部门，在要求满足城市夜景照明相关设计规范的基础上，制定适合当地特色的设计规程及夜景照明管理办法，采用技术先进的夜景照明控制系统，做到维护和管理方便、经济合理、节约能源、提高照明质量和控制光污染等作用。

参考文献

[1] 北京照明学会照明设计专业委员会. 照明设计手册(第三版)[Z].北京:中国电力出版社，2016.

[2] JGJT163-2008 城市夜景照明设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2009.

[3] DBJT13-85-2016福建省LED夜景照明工程安装与质量验收规程[Z].厦门市土木建筑学会,2016.

[4] 中国演艺设备技术协会演出场馆设备专业委员会.WH/T 32-2008 DMX512-A灯光控制数据传输协议[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.