氣象單位樓層智能照明控制系統(tǒng)研究

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摘要：論文將針對(duì)本氣象單位的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與照明應(yīng)用的控制需求，研究并設(shè)計(jì)了一套可用于進(jìn)行圖形化的監(jiān)視、進(jìn)行智能化照明的管理與控制的軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)一定程度上實(shí)現(xiàn)了智能化的照明控制，系統(tǒng)可與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、節(jié)約能源、美化環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)該系統(tǒng)的使用可以降低線路和燈具的工作溫度，提高功率因素，使得不平衡的照明電路的額外功耗得到一定改善。智能照明控制系統(tǒng)采用動(dòng)靜傳感器、照度感應(yīng)等技術(shù)，利用先進(jìn)的電子感應(yīng)和電磁調(diào)壓技術(shù)，設(shè)置時(shí)鐘自動(dòng)控制、最大限度地采用自然光源，實(shí)時(shí)的監(jiān)控與跟蹤供電狀態(tài)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：中央控制器；智能照明；遠(yuǎn)程控制；控制系統(tǒng)；智能建筑

一、前言

現(xiàn)代的建筑中照明系統(tǒng)對(duì)于能源的消耗比例已經(jīng)逐漸高達(dá)35%，節(jié)能、智能科技與美學(xué)是21世紀(jì)建筑業(yè)的主題，智能建筑主要是利用動(dòng)靜傳感器、照度感應(yīng)等最新的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)照明光源的時(shí)鐘自動(dòng)控制的設(shè)置，并對(duì)自然光源進(jìn)行最大限度地采集，這也就是建筑領(lǐng)域所新提出的“綠色照明”概念[1]。本文將針對(duì)本氣象單位的建筑結(jié)構(gòu)，研究并設(shè)計(jì)一套適合于本單位的、基于二線制的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)照明控制智能化，可與其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)美化環(huán)境、節(jié)約能源、降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、延長(zhǎng)燈具壽命、提高管理水平、減少維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

二、智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）總體架構(gòu)如圖1中所示，整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是由4芯屏蔽雙絞線線（RVVSP4*0.75）[2]連接所組成的，除電源外，在系統(tǒng)中配置的單元器件中，都是包含了存儲(chǔ)單元與微處理器，從而形成了一套完整的二線制的控制系統(tǒng)。當(dāng)有輸入時(shí)，控制相應(yīng)回路輸出，所有的輸出單元接收并做出判斷，輸入單元將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)在系統(tǒng)總線上廣播。同時(shí)，輸入單元通過(guò)群組地址和輸出組件建立對(duì)應(yīng)聯(lián)系，通過(guò)輸出單元控制各回路負(fù)載，每個(gè)單元均設(shè)置唯一的單元地址并用軟件設(shè)定其功能。在設(shè)計(jì)時(shí)，智能照明控制系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單、靈活。系統(tǒng)可能直截接入電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)專(zhuān)用接口元件及軟件，接入以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)有系統(tǒng)擴(kuò)展方便、以及系統(tǒng)化產(chǎn)品，系統(tǒng)元件采用模塊化結(jié)構(gòu)?？刂崎_(kāi)關(guān)與輸出回路建立邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)其操作功能。系統(tǒng)通過(guò)兩根總線連接成網(wǎng)絡(luò)，還加載了控制信號(hào)，為每個(gè)組件提供30伏直流電源。此外，該總體架構(gòu)的設(shè)計(jì)為了避免集中式結(jié)構(gòu)中央CPU一旦出現(xiàn)故障造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的弱點(diǎn)，場(chǎng)景開(kāi)關(guān)、多鍵開(kāi)關(guān)、紅外傳感器等輸入模塊，可以通過(guò)內(nèi)置的CPU，通過(guò)發(fā)送指令 → 接收指令 → 執(zhí)行指令的通信方式，直接與調(diào)光器、輸出繼電器等輸出模塊進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)模塊化的結(jié)構(gòu)以及分布式的控制，在系統(tǒng)的穩(wěn)定上，具有較高的可靠性。

（二）總線設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所有的設(shè)計(jì)都是通過(guò)一種統(tǒng)一的通信介質(zhì)相互連接在一起，采用分層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為線、區(qū)域這兩級(jí)結(jié)構(gòu)單元。線是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最小的結(jié)構(gòu)單元，一條線至少需要一個(gè)電源，最多可供應(yīng)64個(gè)總線設(shè)備。由于每個(gè)支線元件以及每條支線上的電源的電容量，決定了各個(gè)支線上所能承載的設(shè)計(jì)數(shù)量。一個(gè)區(qū)域可有15條線通過(guò)線路耦合器連接，最多可連接15*64個(gè)總線元件。系統(tǒng)可通過(guò)區(qū)域耦合器、支線耦合器擴(kuò)大其容量，一個(gè)系統(tǒng)最多可以由15個(gè)區(qū)域組成。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)組成如圖2所示，但在線纜分布時(shí)棉絮要注意所有總線電纜總和不超過(guò)1000米，任何兩個(gè)元件之間的總線電纜長(zhǎng)度均不超過(guò)700米。

（三）拓?fù)湓O(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)如圖3所示，整個(gè)系統(tǒng)的拓?fù)涫峭ㄟ^(guò)KNX總線[3]進(jìn)行連接的。在系統(tǒng)中智能控制面板通過(guò)總線線纜與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器再通過(guò)配電箱與智能面板進(jìn)行連接，之間連接著照明的燈具、窗簾等。在使用功能上，當(dāng)有人體移動(dòng)或者光的照度變化時(shí)，傳感器以及智能面板就可以監(jiān)測(cè)，通過(guò)電信號(hào)的方式，將采集的信息傳輸發(fā)送到開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器上，進(jìn)行聯(lián)合控制，整個(gè)系統(tǒng)的拓?fù)浼軜?gòu)即是驅(qū)動(dòng)、傳感設(shè)備與負(fù)載設(shè)備之間的信號(hào)采集、信號(hào)傳輸、信號(hào)處理的過(guò)程。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每一層的設(shè)備通過(guò)手拉手相連形成一條總線，在氣象部門(mén)的辦公大樓中，將采用嵌入式吸頂安裝傳感器，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌安裝系統(tǒng)中的各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，使用標(biāo)準(zhǔn)的86盒安裝智能面板，以此將樓層中的傳感器、現(xiàn)場(chǎng)智能面板以及各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊形成一條完整的控制鏈路。系統(tǒng)劃分為兩層總線組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層、線路層。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)備在某氣象單位的詳細(xì)分布設(shè)計(jì)，如圖4所示，明確地劃分了各個(gè)樓層所配置的系統(tǒng)設(shè)備。

（四）傳感器設(shè)計(jì)控制傳感器采用的人體感應(yīng)及光照度二合一傳感器，能感受外界信號(hào)、物理?xiàng)l件的設(shè)備裝置，將感應(yīng)的信息傳遞給其他設(shè)備裝置以實(shí)現(xiàn)其功能，主要用于照明中與亮度有關(guān)的場(chǎng)合，或者需要監(jiān)控的場(chǎng)合。具有照度感應(yīng)、移動(dòng)監(jiān)測(cè)、光照度閥值設(shè)定、帶10級(jí)靈敏度人體監(jiān)測(cè)、邏輯功能[4]等特點(diǎn)。其分布平面如圖5所示，確定了控制面板、傳感器、配電箱的數(shù)量及位置；確定總線對(duì)設(shè)備的連接次序及走向；確定了感應(yīng)設(shè)備通信線的連接走向。

（五）軟件終端設(shè)計(jì)如下圖6所示，系統(tǒng)的中央監(jiān)控軟件，通過(guò)接口軟件對(duì)前端進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的回路進(jìn)行控制，該照明控制系統(tǒng)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制，能夠較好地與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行兼容。系統(tǒng)軟件其界面簡(jiǎn)單易學(xué)、界面也非常友好，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)測(cè)試具有較高的穩(wěn)定系數(shù)，能夠?qū)φ彰飨到y(tǒng)進(jìn)行良好的控制與管理。智能照明控制系統(tǒng)的中央軟件，其實(shí)現(xiàn)的功能具體如下：1.數(shù)據(jù)采集功能：為了滿(mǎn)足自動(dòng)記錄燈具的電費(fèi)以及使用時(shí)間的數(shù)據(jù)記錄，軟件系統(tǒng)將對(duì)照明模塊進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)的定期采集功能。2.控制時(shí)間功能：系統(tǒng)的軟件端需要進(jìn)行回路的自動(dòng)按程序開(kāi)關(guān)，依據(jù)照度變化、作息時(shí)間以及季節(jié)環(huán)境的變化，對(duì)時(shí)間控制程序進(jìn)行合理編制。3.系統(tǒng)的安全設(shè)置：首先要控制系統(tǒng)的操作人員，劃分不同級(jí)別的操作權(quán)限，對(duì)人員進(jìn)行權(quán)限上的管理，同時(shí)對(duì)軟件的操作進(jìn)行密碼的安全設(shè)置。4.場(chǎng)景的控制功能：系統(tǒng)中的場(chǎng)景模式是靈活的，可根據(jù)需要進(jìn)行修改或增減，且場(chǎng)景的控制可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)執(zhí)行，在軟件界面上可選擇相應(yīng)的模式，獲得需要的場(chǎng)景。5.實(shí)時(shí)監(jiān)控功能：對(duì)系統(tǒng)中的回路可通過(guò)軟件上的燈具圖形來(lái)操作，通過(guò)軟件屏幕可得到系統(tǒng)中的燈具的狀態(tài)參數(shù)，在監(jiān)視器上顯示模擬圖形，體現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)于整個(gè)智能照明生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一個(gè)完善穩(wěn)定的系統(tǒng)是不或缺的，不是裝上些模塊單獨(dú)控制就可以的。本文針對(duì)氣象單位所設(shè)計(jì)的智能照明控制管理系統(tǒng)，可與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、節(jié)約能源、美化環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)該系統(tǒng)的使用可以降低線路和燈具的工作溫度，提高功率因素，使得不平衡的照明電路的額外功耗得到一定改善。系統(tǒng)采用動(dòng)靜傳感器、照度感應(yīng)等技術(shù)，設(shè)置時(shí)鐘自動(dòng)控制、最大限度地采用自然光源，實(shí)時(shí)的監(jiān)控與跟蹤供電狀態(tài)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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作者：楊昆 單位：臨沂市氣象局