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智能照明控制系统的特点及应用综述
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智能照明控制系统的特点及应用综述

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1智能照明控制系统介绍  在照明行业内,智能照明控制系统作为现代建筑智能化系统的一部分,大部分人都不会陌生,其操作直观、便捷,操作界面多样化,自动预设模式管理,极强的功能拓展性,方便与其他系统集成,有效降低能源损耗,延长灯具寿命等等的优点,被五星级酒店、高级写字楼、大剧院、体育场馆、娱乐场所、别墅以及家居等使用主体所青睐。那什么是智能照明控制系统呢?智能照明控制系统是利用先进电磁调压及电子感应技术

        1 智能照明控制系统介绍

  在照明行业内,智能照明控制系统作为现代建筑智能化系统的一部分,大部分人都不会陌生,其操作直观、便捷,操作界面多样化,自动预设模式管理,极强的功能拓展性,方便与其他系统集成,有效降低能源损耗,延长灯具寿命等等的优点,被五星级酒店、高级写字楼、大剧院、体育场馆、娱乐场所、别墅以及家居等使用主体所青睐。那什么是智能照明控制系统呢? 智能照明控制系统是利用先进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,达到优化供电目的照明控制系统。这里需要补充的是,近年来,智能照明控制系统设备本身也从控制负载的单一化向多元化发展,随着半导体技术的发展,可控硅、IGBT 晶体管作为控制元器件也运用到控制设备中来,大大提高了智能照明控制系统的节能效率。

  2 智能照明控制系统与传统照明系统的比较

  智能照明控制系统与传统的照明控制方式有着本质的区别以及不可比拟的优势: 其中最本质的一个区别就是,传统照明控制是以“强”控“强”,利用普通的墙装翘板开关或者配电箱内的断路开光对控制回路进行相线的通断控制,从而达到对回路的控制目的,并且控制方式单一,开关与回路之间是一一对应的关系。而智能照明控制系统内所有的回路的控制都是以“弱”控“强”,操作者根本不会接触到强电,控制方式多样化,开关可以控制系统内的任意一或多回路,功能可按照使用要求定制。下面就两个系统做个详细的比对:

  1) 智能照明控制系统可控制任意回路连续调光或开关。传统的控制方式开关与控制回路一一对应,按照控制要求施工完毕后,功能的更改需要复杂的工作,有的可能由于施工问题,导致控制功能不可更改。

  2) 智能照明控制系统场景控制: 可预先设置多个不同场景,在场景切换时淡入、淡出。这是传统的控制方式无法做到的,虽然通过多个开关对多个回路实施微调,可以达到对场景的控制,但是操作复杂,对回路的亮度值无法精确掌控,而且调节好后无法记忆储存调节的效果,无法对整体模式进行切换。

  3) 智能照明控制系统可接入各种传感器对灯光进行自动控制,如动静感应,照度感应等自动控制区域内一或者多个回路,并根据需要使灯光达到所期望的亮度值。传统的控制方式可以做到动静感应,但仅仅局限于开和关,照度感应,光照补偿等功能个是无法做到。

  4) 智能照明控制系统的时间控制: 某些场合可以随上下班时间调整亮度,随着一天内的各个时间段对照度的要求调整到相应的场景模式。传统的控制方式可对单一或者多个回路实现开关,控制方式单一,对于一个相对比较大的场所,灯光回路很多的话,需要数量相当庞大的时钟控制器,对使用者来说,调整时间是个很艰苦的事情,而一个智能照明控制系统的时间控制只需要一个。

  5) 智能照明控制系统具备红外遥控、远程控制的功能: 可用手持红外遥控器对灯光进行场景控制,亮度调节的功能。现在已经发展到通过无线移动终端利用GSM /GPRS,WIFI 等无线网络通过手机,IPAD,平板电脑等无线设备对灯光进行操作的水平。传统的控制方式无法做到,控制方式无灵活性。

  6) 智能照明控制系统可与其他系统联网集成: 可系统联网,利用上述控制手段进行综合控制或与楼宇智能控制系统联网。传统的控制方式不具备此条件。

  3 智能照明控制系统的运用

  3. 1 智能照明控制系统控制器

  照明控制器的主要功能是控制电光源灯的开关或亮度调节,对不同性质的电光源灯有不同的光源有不同的控制方法。

  1) 开关控制器

  开关控制器有两种控制类型

  A. 用大电流开关继电器作开关器件

  控制继电器开关的驱动线圈是直流低压小电流,开关的触点密封在塑壳内,可以开关220V 交流大电流。

  B. 用继电器或交流接触器的触点作开关器件

  交流接触器,它的驱动线圈是220V 交流,开关触点可以承受较大的电流,最大可达200 多安培,这种开关控制的方式一般前级都采用继电器开关去控制交流接触器的驱动线圈,然后再控制交流接触器的触点开关。见下图控制单元图。

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  继电器开关一般都是单极的而交流接触器是多极开关,因此可用于三相同时开关切换控制。

  2) 调光控制器

  调光控制器的调光方式根据电光源灯的工作性能有所不同,有三种方式:

  a) 直接调节输出电压幅度的有效值对灯进行调光,如相控调光,白炽灯。

  b) 通过电光源灯的辅件( 镇流器或变压器) 进行调光,如荧光灯调光,低压卤钨灯调光,带0 - 10V输入驱动器的LED 灯,带DMX512 驱动的LED 灯。

  c) 采用低电压脉宽调制波去调光如LED 灯。

  需要说明的是,由于LED 灯的特殊性,目前LED 灯可做到的调光方式有四种: 相控调光,配置0 - 10V输入驱动器的LED 灯利用0 - 10V 小信号调光,PWM ( 低电压脉宽调制波) 调光,DMX512 协议调光。

  A. 相控调光器

  相控调光器是按照控制亮度要求以不同相位角切割主电源正弦电压波,从而改变输出电压的有效值去调节灯的亮度,这时点灯的电压波形已不是一个完整的50Hz 正弦波而是一个被切割的正弦波,按照切割方法又可分为前沿相控调光和后沿相控调光。前沿相控调光采用的调节器件为可控硅,后沿相控调光都采用IGBT 晶体管,不管前沿相控还是后沿相控,切割正弦波后就会通过电路产生高次谐波,这种高次谐波将会干扰和影响电源系统的工作或影响其它电子设备,因而必须采取措施扼制。目前用得最普通的是铁磁芯电感( chock) 。

  相控调光控制器的电路结构原理如下图所示:

  前沿相控调光方法如下图所示:


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  按要求调光量的百分比CPU 求得相对应的导通控制角Φ;

  从正弦波零度开始计算导通控制角Φ;

  按控制要求在到达Φ 角度时触发T1 可控硅导通开始切割正向的正弦波,产生相应幅度的电压输出;

  过Φ = 180°时正向导通的可控硅T1 被反向电压截止;

  180°后计算反向可控硅T2 在Φ 导通控制角,触好T2 可控硅导通,同样切割反向正弦波。

  过Φ = 360°时反向导通的可控硅T2 被正向电压截止;

  如此循环产生正负二个被切割的正弦波;

  补充: 目前市面上的前沿相控调光器已经用一个双向可控硅代替了T1,T2。

  Uout = Uin

  [Sin2Ф /2π + ( π - Ф) /π]1 /2 ( 0 ≤ Ф ≤ π)

  1. Ф = 0 Uout = Uin 2. Ф = π Uout = 0

  后沿相控调光器调光方法如下图所示:


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  采用二支IGBT 晶体管控制正弦波的正负半周的波形;

  按调光量的百分比CPU 求得相应的Φ 角;

  过零点IGBT1 管开始导通正弦波的正半周;

  到达Φ 角时IGBT1 管被截止,正弦波正半周被切割;

  过180°后IGBT2 管开始导通正弦波的负半周;

  到达180° + Φ 角后IGBT2 管被截止,正弦波负半周被切割。

  Uout = Uin

  [Ф /π - ( sin2Ф /2π) ]1 /2 ( 0 ≤ Ф ≤ π)

  1. Ф = 0 Uout = 0 2. Ф = π Uout = Uin

  前沿相控与后沿相控切割正弦波的方法有点不同,前沿相控在切割正弦时电路从断开到导通,输出电压从0 开始突变成Vout,而后沿相控切割正弦波时IGBT 管从导通到截止,迫使原本电路中流通电流突然降为0,这两种切割方式对灯的负载阻抗性质有要求,前沿相控适合于电阻或电感性负载,而后沿相控更适合于电阻或电容性负载。

  图6

  B. 高频电子镇流器荧光灯调光器

  高频电子镇流器的调光器不是采用调光器直接去控制电光源灯而是通过控制辅件电子镇流器去控制灯的调光,主要用于各类孤光放电荧光灯,高频电子镇流器荧光灯调光器相当开关继电器控制器再附加一个0 ~10VDC /DSI /DALI 控制信号输出。

  图7

  调光电子镇流器有二对输入线和一对输出线:

  ( 1) 输入线:

  a. 由开关继电器控制的220V 交流电源线。

  b. 控制灯调光的低电压小信号控制线

  信号控制有三种型式

  0 ~ 10VDC 模拟信号

  DSI 数字控制信号

  DALI 数字可寻址信号

  ( 2) 输出线: 供荧光灯点灯的电源线

  作为智能照明控制系统的设计人员,在设计系统方案的时候,需要根据不同的控制负载类型以及使用对象的需求配置相应类型的控制器。

  4 智能照明控制系统的组成

  智能照明控制系统宜采用全分布式控制系统,全分布式控制系统有如下七个部份组成。

  1) 控制器: 调光控制器,开关控制器等,用于控制电光源灯的暗亮和开关。

  2) 面板: 按键面板,LCD 液晶显示触摸屏面板,用于操作人员直接控制灯光照明场景。

  3) 传感器: 光电传感,动静检测,红外摇控,温度检测,用于接受外界环境的物理参数变化量调控照明灯。


 

  图8

  4) 集成接口: 干簧触点; DMX512,RS232,TCP / IP 用于与其它控制系统互连实现系统集成控制。

  5) 电光源: 白炽灯; 卤钨灯; 荧光灯; 霓虹灯或者冷阴极管灯; 金卤灯; LED 光源,照明控制系统中的主要控制对象。

  6) PC 机软件: Window 平台; 监控软件,用于程序监控整个照明控制系统。

  7) 数据总线: RS485,它是控制系统中各控制部件之间命令,数据通路。

  8) 其它: 被控设备如窗帘,百页窗帘,冷热机风扇,灯路电流检测,附属控制部件。

  5 综述

  在科技发展日新月异的今天,人们的思想观念也在发生着重大的变化,在追求生活品质,提升自身品位的同时,“环保”、“低碳”的理念也越来越被众多的人所重视,工业的高速发展使得地球上的能源显得捉襟见肘,造福子孙后代,坚持可持续发展的战略意义显得尤为突出。

  建筑的能源消耗在全球的能耗比例已经达到30% ,主要随着人们采暖,空调,采光,水循环等基本需求和娱乐,工作中产生,智能照明控制系统主要针对采光方面的能耗做一个科学化的管理,既满足人们采光基本需求,又可以为人们休息、办公、娱乐等基本活动提供不同的、合适的、舒服的环境,最重要的是它给我们节约了20% - 40% 的能源损耗,给我们的使用带来了更多的方便,给负载灯具带来了更好的保护,延长了负载灯具的使用寿命,降低维护成本。所以说智能照明控制系统的发展给人类带来了重大意义。