照明控制技术的综合叙述

摘要：文章对照明控制的作用、原则及发展过程作出总结，为节能，提出对不同建筑、不同场所对照明控制的要求，并以实际案例介绍了照明控制的发展方向和智能照明控制系统的应用。
 照明控制技术是随着建筑和照明技术的发展而发展的，在实施绿色照明工程的过程中，照明控制是一项很重要的内容，照明不仅仅是满足人们视觉上明亮的要求，还要满足艺术性要求，要创造出丰富多彩的意境，给人们以视觉享受，要求照明控制做到安全、可靠、灵活、经济。

      一、照明控制的作用

      照明控制有如下作用：①节能效果显著  ②延长光源寿命  ③改善工作环境，提高照明质量  ④实现多种照明效果

      二、照明控制原则

      照明控制原则是安全、可靠、灵活、经济。安全—基本要求；灵活—建筑空间布局经常变化，照明控制要适应和满足这种变化；经济—性能价格比好，要考虑投资效益 ；可靠—越简单，越可靠。

      三、照明控制方式

      1.  跷板开关控制

      跷板开关设置于门口，对于面积较大的房间灯具较多时，采用双联、三联、四联开关或多个开关，其原理接线图见图1-1。 

      对于楼道和楼梯照明，多采用双控方式（有的长楼道采用三地控制），在楼道和楼梯入口安装双控跷板开关，其特点是在任意入口处都可以开闭照明装置。其原理接线图见图1-2。

    2.  定时开关或声光控开关控制住宅楼、公寓楼楼梯间多采用定时开关或声光控开关控制，其原理接线图见图1-3。

      消防电源Ｌｅ由消防值班室控制或与消防泵联动。对于住宅、公寓楼梯照明开关采用红外移动探测加光控较为理想。 [p]

      采用智能定时器，在没有采光或者不能利用采光时。按照工作时间及非工作时间不同的时间段切换不同的灯光组合，在满足需要的前提下，投入最少的灯。见图1-4。

      3．场景控制

      在一定场所或整个楼宇，用户预设多种场景，按动一个按键，即可调用要的场景。图1-5至1-8为场景变换状态。

      4．动静探测控制

      在一定场所或整个楼宇，根据人员走动情况进行开关灯的一种方式。见图1-9。 

      5．恒照度控制

      根据探头探测到的照度来控制照明场所内相关灯具的开启或关闭，保持场所的照度恒定。见图1-10。

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   四、照明控制要求

      照明控制方案应根据建筑物性质、规模、照明环境要求而定。

      1．建筑物功能照明的控制

      ①体育场馆比赛场地应按比赛要求分级控制，大型场馆宜做到单灯控制。

      ②候机厅、候车厅、港口等大空间场所应采用集中控制，并按天然采光状况及具体需要采取调光或降低照度的控制措施。
      ③影剧院、多功能厅、报告厅、会议室及展示厅等宜采用调光控制。

      ④博物馆、美术馆等功能性要求较高的场所应采用智能照明集中控制，使照明与环境要求相协调。

      ⑤宾馆、酒店的每间（套）客房应设置节能控制型总开关。

      ⑥大开间办公室、图书馆、厂房等宜采用智能照明控制系统，在有自然采光区域宜采用恒照度控制，靠近外窗的灯具随着自然光线的变化，自动点燃或关闭该区域内的灯具，保证室内照明的均匀和稳定。

      ⑦高级公寓、别墅宜采用智能照明控制系统。 

      2．走廊、门厅等公共场所的照明控制

      ①公共建筑如学校、办公楼、宾馆、商场、体育场馆、影剧院、候机厅、候车厅和工业建筑的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明，宜采用集中控制，并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制措施。

      ②住宅建筑等的楼梯间、走道的照明，宜采用节能自熄开关，节能自熄开关宜采用红外移动探测加光控开关，应急照明应有应急时强制点亮的措施。

      ③旅馆的门厅、电梯大堂和客房层走廊等场所，采用夜间定时降低照度的自动调光装置。

      ④医院病房走道夜间应采取能关掉部分灯具或降低照度的控制措施。 

      3．道路照明和景观照明的控制

      ①道路照明应根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定开关灯时间,  并应根据天空亮度变化进行必要修正。宜采用光控和时控相结合的智能控制方式。

      ②道路照明采用集中遥控系统时，远动终端宜具有在通讯中断的情况下自动开关路灯的控制功能，采用光控、时控、程控等智能控制方式，并具备手动控制功能。同一照明系统内的照明设施应分区或分组集中控制。

      ③道路照明采用双光源时，在“半夜”应能关闭一个光源；采用单光源时，宜采用恒功率及功率转换控制，在“半夜”能转换至低功率运行。

      ④景观照明应具备平日、一般节日、重大节日开灯控制模式。 

      4．根据照明部位的灯光布置形式和环境条件选择合适的照明控制方式

      1）房间或场所装设有两列或多列灯具时，宜按下列方式分组控制：

      ①所控灯列与侧窗平行；

      ②生产场所按车间、工段或工序分组；

      ③电化教室、会议厅、多功能厅、报告厅等场所，按靠近或远离讲台分组。

      2）有条件的场所，宜采用下列控制方式：

      ①天然采光良好的场所，按该场所照度自动开关灯或调光；

      ②个人使用的办公室，采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯。

      3）对于小开间房间，可采用面板开关控制，每个照明开关所控光源数不宜太多，每个房间灯的开关数不宜少于2个（只设置 1 只光源的除外）。 

      五、照明控制技术发展

      随着照明技术的发展，建筑空间布局经常变化，照明控制要适应和满足这种变化，如果用传统控制方式，势必到处放置跷板开关，既不美观，也不方便。对于较高级的楼宇，一般设有建筑设备监控系统（BA 系统）,利用 BA 系统控制照明已为大家所接受，基本上是DDC控制，由于 BA系统不是专为照明而做，有局限性，一是很难做到调光控制，二是没有专用控制面板，完全在计算机上控制，灵活性较差，对于值班人员素质要求也较高。目前不少公司生产的专用智能照明控制系统基于总线控制技术，系统功能强大，一般有场景控制、定时控制、红外线控制、就地控制、集中控制、群组组合控制、远程控制、图示化监控等。其主要功能有： 

      1）场景控制功能: 用户预设多种场景，按动一个按键，即可调用需要的场景。多功能厅、会议室、体育场馆、博物馆、美术馆、高级住宅等场所多采用此种方式。

      2)  恒照度控制功能:  根据探头探测到的照度来控制照明场所内相关灯具的开启或关闭。写字楼、图书馆等场所，要求恒照度时，靠近外窗的灯具宜根据天然光的影响进行开启或关闭。

      3) 定时控制功能: 根据预先定义的时间，触发相应的场景，使其打开或关闭。一般情况下，系统可根据当地的经纬度，自动推算出当天的日出日落时间，根据这个时间来控制照明场景的开关。特别适用于夜景照明、道路照明。

      4）就地手动控制功能：正常情况下，控制过程按程序自动控制，在系统不工作时，可使用控制面板来强制调用需要的照明场景模式。

      5）群组组合控制：一个按钮，可定义为打开/关闭多个箱柜（跨区）中的照明回路，可一键控制整个建筑照明的开关。

      6)应急处理功能：在接收到安保系统、消防系统的警报后，能自动将指定区域照明全部打开。

      7)远程控制：通过英特网（Internet）对照明控制系统进行远程监控，能实现：

      ①对系统中各个照明控制箱的照明参数进行设定、修改；②对系统的场景照明状态进行监视；③对系统的场景照明状态进行控制。

      8)图示化监控：用户可以使用电子地图功能，对整个控制区域的照明进行直观的控制。可将整个建筑的平面图输入系统中，并用各种不同的颜色来表示该区域当前的状态。 [p]

      9)日程计划安排：可设定每天不同时间段的照明场景状态。可将每天的场景调用情况记录到日志中，并可将其打印输出，方便管理。

  但不同公司控制系统兼容性引起大家重视，系统及产品兼容会降低造价和成本，为此，欧洲众多厂商满足欧洲安装总线（EIB）标准，为产品的互换性提供了方便。

      数字式可寻址灯光接口（Digital Addressahle Lighting Interface）简称 DALI，DALI 是一个数据传输的协议，它定义了电子镇流器与设备控制器之间的数字通信方式，它不是一种新的总线， DALI系统是结构简单、安装方便、操作容易、
功能良优的灯光控制系统，不仅可用于一个房间内的灯光控制，还可以与大楼管理系统BMS接口。DALI系统与BMS或者 EIB、LON 总线系统不同，不是将它扩展成具有各种复杂控制功能的系统，而仅仅是作为一个灯光控制子系统，通过网关（gateway）接口集成于 BMS 中，可接受 BMS 控制命令，或回收子系统的运行状态参数。DALI 系统软件可对连在同一条控制线上的每个荧光灯的亮度分别进行调光，一个单段DALI数据控制线上可对 64 个镇流器分别编址，每个镇流器内可设置16个灯光场景，同一个镇流器还可以编在一组或在多个组，最大编数组为16。因此，DALI系统被定义为：

      - 最多64个设备在一条DALI线路上（独立地址）

      - 最多16个分组（组地址）

      - 最多16个场景（场景值）

      由于DALI是分部式智能化系统，许多参数可以通过设置在镇流器中

      1.  独立地址

      2.  组地址

      3.  灯光场景值

      4.  渐变时间

      5.  应急照明灯光亮度值

      6.  上电时灯光亮度

      由于 DALI 的整流器和变压器是内设芯片,  许多通过整流器或变压器的参数可实时反馈回系统

      7.  输入实时电压及类型

      8.  输入实时电流值

      9.  输出实时电压及类型

      10. 输出实时电流值

      11. 电压波动频率

      12. 电流波动频率

      满足DALI协议的产品，控制更为灵活，结构简单，但造价较高。

      六、智能照明控制典型案例

      以下为广州河东电子公司的 HDL-BUS 系统和锐高公司的 DALI 系统典型案例，供参考。

      1． HDL-BUS系统

      HDL-BUS系统为广州河东电子公司生产的智能照明控制系统，不仅有上述功能，该系统采用开放性及高扩展性协议，能使照明系统与楼宇控制系统、消防系统、保安系统、舞台灯光系统等实现无缝联接。其接线示意图见 1-11、1-12、1-13。

      2. DALI系统

      DALI控制系统有如下的优越性：

      1)  设计简单易行

      传统模拟控制在设计阶段需要考虑通过不同分组来实现不同场景的控制，因此在设计中需要许多单独的控制回路，布线复杂且布线成本较高。且在控制区域需要重新布局分隔时，需要重新布线和设计。LuxCONTROL 的数字控制系统设计简便，设计中只要通过数字信号接口相互连接，并联到 2 芯控制线上。所有分组和场景均可在安装调试时通过计算机软件编程，不仅节约了布线成本，对于设计修改、重新布局和分隔也只需更改软件设置而不需重新布线，非常简单易行。系统结构见图1-17。

    2)   安装简单经济

      安装 DALI 接口有 2 条主电源线，二条控制线，对线材无特殊要求，安装时也无极性要求，只要求主电源线与控制线隔离开，控制线无需屏蔽，要注意的是当控制线上电流在 250mA，线长 300 米时压降不超过 2V。控制线和电源线可并行，无需另外敷线。设计紧凑的控制组件无需专门的控制柜，因此安装简便且经济。接线原理见图1-18。

       3) 操作简单方便

      DALI镇流器内部是智能型的，可自动处理灯丝预热，点燃，调光、开关，故障检测等功能，对用户界面是十分友好的，用户无需对此理解很深就能操作控制，如发送一个改变现行场景的命令，各个相关镇流器根据现行亮度与场景要求亮度之差，各自计算调光速率以达到所有镇流器都同步调光到要求的场景亮度，如发送查询命令就可回收各镇流器的运行状态和参数。

      ４）数字控制精确可靠

      ＤＡＬＩ和ＤＳＩ均为数字信号，不同于模拟信号，可以实现无扰动控制，不会因长距离压降而使得控制信号失真，因此即使 DALI数字信号控制线与强电线同走一条线管也不会受干扰。ＤＡＬＩ信号是双向传输，不但可前向传输控制命令，也会将镇流器和灯管的状态、故障信息、开关，实际亮度值的信息反馈回系统。

      ５）通信结构简单可靠

      DALI接口通信协议由196bit位数组成，第 1位是起始位，第 2到第 9位是地址位，第10到第17位是数据，第 18、19位停止位。采用独特的曼彻斯特编码避免出现误码，传输速率1200波特可保证设备之间通讯不被干扰，控制线上高电平为16V。控制线上的每个控制器在通信中作为 MASTER 功能，而控制线上的像镇流器这样的控制电器只是响应 MASTER 的命令起 SLAVE的作用，系统具有分布式智能功能。

      ６）应用范围广泛

      DALI接口已不仅仅限用于荧光灯镇流器调光，各种卤钨灯电子变压器，气体放电灯电子镇流器，LED 也采用了 DALI接口调光；控制设备还包括：无线电接收器、继电器开关输入接口。各种按键控制面板、包括 LED 显示面板都已具有DALI接口，这将使DALI的应用越来越广，控制器从最小的一间办公室扩大到多间房间的办公大楼，从单个商店扩大到大的宾馆。

      总之，照明控制技术的发展较快，在实施绿色照明工程中作用明显，应该引起重视。