LED智能控制的大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

溫源

LED智能控制的定義

LED智能控制是指利用智能化的人機(jī)界面，智能化的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)控制，智能化的供電網(wǎng)絡(luò)控制，智能化的燈具控制來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化的光。

智能化的光是目的，人機(jī)界面是手段，信號(hào)控制和供電控制是介質(zhì)。智能化的光是指光要按需分配，否則就是浪費(fèi)，浪費(fèi)就不智能了。在一個(gè)有智能化的光的環(huán)境下，人們可以通過(guò)人機(jī)界面來(lái)設(shè)定燈光的需求，由傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)感知需求，根據(jù)需求比配光的輸出模式，模式一旦確定燈具端的光輸出就可以通過(guò)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制了。

下面圖1顯示了上海世博會(huì)世博軸的光環(huán)境，前段是鋼結(jié)構(gòu)玻璃幕墻建筑，上面布有3萬(wàn)只LED星光燈，在其星空模式下功耗只有峰值的1％，起到了良好的通過(guò)控制節(jié)能的理念。此外，后面的膜結(jié)構(gòu)建筑附近沒(méi)有任何高桿燈，而是利用頂棚膜的反射提供照明環(huán)境，光環(huán)境非常柔和，近一公里長(zhǎng)的反射光光環(huán)境提高了世博會(huì)的夜景照明品位。

LED智能控制具有四大趨勢(shì)，即頂層控制英特網(wǎng)化，供電控制自動(dòng)化，節(jié)能控制交互化以及故障反饋?zhàn)詣?dòng)化。

頂層控制英特網(wǎng)化

英特網(wǎng)鏈接了世界，同時(shí)也正在鏈接物體，作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分，燈光也要聯(lián)網(wǎng)，這是大勢(shì)所趨。以現(xiàn)在的市場(chǎng)應(yīng)用來(lái)看，第一步首先要做的是——LED頂層控制要能夠連入網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)并不難，重要將原本的物理開(kāi)關(guān)盒調(diào)光裝置的界面換成是圖形界面或虛擬界面，使得燈光和控制的空間分布關(guān)系相對(duì)分離。

圖2給出了一個(gè)有趣的例子，在第28界國(guó)際照明設(shè)計(jì)師協(xié)會(huì)(InternationaI Association of Lighting Designers簡(jiǎn)稱IALD)大獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)會(huì)上，現(xiàn)場(chǎng)大家對(duì)一件通過(guò)WlFl控制的LED背心感到非常興奮。如圖，LED背心上的文字是20米外坐在會(huì)場(chǎng)上的人通過(guò)電腦來(lái)發(fā)出顯示內(nèi)容的。從純技術(shù)角度講，這并不難，但是從大會(huì)上這件LED背心顯示的其中一句話“LED ERA(LED時(shí)代)”來(lái)講，LED真的是進(jìn)入多元化應(yīng)用時(shí)代了，其控制方式的英特網(wǎng)化趨勢(shì)也是非常明顯。這一趨勢(shì)將加速擴(kuò)張，影響到眾多LED應(yīng)用。

頂層控制使用英特網(wǎng)架構(gòu)的好處是，整個(gè)照明網(wǎng)絡(luò)可以無(wú)窮盡擴(kuò)展。以下圖圖3為例，假設(shè)一片區(qū)域的物理空間由體育館、游泳館和體育場(chǎng)構(gòu)成，則他們的照明控制完全可以通過(guò)英特網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，如距離遠(yuǎn)可采用光纖等實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，若近可采用最常規(guī)網(wǎng)絡(luò)鏈接，同樣的道理，可以采用無(wú)線控制。

當(dāng)然，在這一架構(gòu)下，總控的位置其實(shí)是無(wú)所謂的，所有的控制只要通過(guò)應(yīng)用層的軟件就能實(shí)現(xiàn)，背后是SQL數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)對(duì)空間中的照明設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。(圖4)

當(dāng)然，在上面這個(gè)架構(gòu)的要求下，接入層再往下應(yīng)該有集成控制器這一的終端設(shè)備，集成控制器的作用時(shí)接收英特網(wǎng)信號(hào)，將信號(hào)翻譯成燈具總線信號(hào)，總線信號(hào)經(jīng)過(guò)燈具，燈具本身可以解讀為控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)燈具控制。如下圖圖5所示。Bus-Y表示一種照明控制總線。它通過(guò)集成控制器接入英特網(wǎng)。

照明供電控制自動(dòng)化

上面一節(jié)講了照明燈具控制的英特網(wǎng)化，其實(shí)照明供電控制自動(dòng)化是基于相似的概念，也就是說(shuō)所有的照明燈具的供電回路的控制開(kāi)關(guān)都被聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)的物理開(kāi)關(guān)變?yōu)檐浖_(kāi)關(guān)。一旦所有開(kāi)關(guān)變成軟件開(kāi)關(guān)，顯然通過(guò)一個(gè)總控服務(wù)器軟件可以定義所有電回路的控制邏輯，這個(gè)邏輯可以是基于時(shí)間的管理，基于照度需求的管理，等等。人們可以設(shè)定和修改照明供電控制，實(shí)現(xiàn)高度智能的實(shí)時(shí)控制。如下圖圖6所示，我們?nèi)匀患僭O(shè)目標(biāo)受控空間由體育場(chǎng)，體育館和游泳館構(gòu)成。圖6所表達(dá)的是三個(gè)場(chǎng)館的照明供電控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)由控制服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，從而構(gòu)成一個(gè)智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)。

下面圖7表達(dá)的是底層開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)的架構(gòu)。

總結(jié)上述智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)[1]，其分為主體育場(chǎng)智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)、主體育館智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)、游泳館智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)和總控室智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)四個(gè)部分。主體育場(chǎng)智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)、主體育館智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)、游泳館智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)可分別作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)行，分別對(duì)所控區(qū)域進(jìn)行定時(shí)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)燈操作，可以統(tǒng)計(jì)所控區(qū)域的功率、電流、開(kāi)關(guān)記錄等信息。可獨(dú)立制作報(bào)表。同時(shí)三個(gè)區(qū)域的開(kāi)關(guān)燈控制服務(wù)器通過(guò)交換機(jī)與總控室開(kāi)關(guān)燈控制服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)。總控制室開(kāi)關(guān)燈服務(wù)器與三個(gè)區(qū)域的開(kāi)關(guān)燈服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)方式進(jìn)行接口，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)三個(gè)區(qū)域的開(kāi)關(guān)燈狀態(tài)及歷史記錄，可單獨(dú)或一起進(jìn)行各區(qū)域的開(kāi)關(guān)燈控制操作。

智能開(kāi)關(guān)燈控制系統(tǒng)是一個(gè)基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行LED照明回路的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制，還可以監(jiān)控當(dāng)前運(yùn)行功率、回路電流等工作狀態(tài)，可以統(tǒng)計(jì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，如運(yùn)行時(shí)間、用電量，并可以制作生成數(shù)據(jù)報(bào)表并打印。

節(jié)能控制交互化

一般來(lái)講，照明在有人時(shí)才需要，除非有監(jiān)控檢測(cè)需要一定照度。為此，利用智能化的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能是有很大需求的。為了展開(kāi)這一部分討論，我們看一個(gè)實(shí)際的案例，蘇州時(shí)代廣場(chǎng)的LED智能光墻。該光墻長(zhǎng)一百多米，設(shè)計(jì)階段考慮了節(jié)能減排的理念決定使用LED(由于是商業(yè)地段，于是采用了RGB全彩燈光)，接下來(lái)大家又有了更節(jié)能的想法——有人才有光，無(wú)人無(wú)光從而實(shí)現(xiàn)最大化的節(jié)能。這樣創(chuàng)新想法最終得以實(shí)現(xiàn)，如圖8所示，當(dāng)有人沿著長(zhǎng)廊區(qū)域行走，在光墻上方的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)會(huì)偵測(cè)到人的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)傳感器的信號(hào)反饋，服務(wù)器根據(jù)提前設(shè)定好的燈光場(chǎng)景對(duì)行人所在位置提供照明。

圖9所示是傳絡(luò)感器網(wǎng)的基本拓?fù)鋱D。傳感器和燈具一樣，通過(guò)集成控制器接入TCP／lP網(wǎng)絡(luò)，從而受服務(wù)器控制，同時(shí)可以將傳感信號(hào)通知服務(wù)器。在這個(gè)架構(gòu)下，可以預(yù)見(jiàn)的是，各種傳感器都可以用以LED照明系統(tǒng)的智能控制。

有類似節(jié)能理念的照明系統(tǒng)還有在上海世博會(huì)世博軸北廣場(chǎng)上的LED智能地坪項(xiàng)目，如下圖圖10所示。在該項(xiàng)目中，傳感器的類型為壓力傳感器，傳感器和LED燈具集成在一起，燈具通過(guò)集成控制器與服務(wù)器雙向通訊。根據(jù)壓力傳感器感受到的壓力值，服務(wù)器實(shí)時(shí)反饋對(duì)燈具的控制進(jìn)行輸出。景觀照明的模式可以通過(guò)服務(wù)器實(shí)時(shí)修改或設(shè)定。得一提的是，上述值智能系統(tǒng)得到了非常良好的現(xiàn)場(chǎng)反饋，不僅是節(jié)能減排的典型項(xiàng)目，而且反映了基于LED智能控制的照明讓人類生活更美好的理念。

上述兩個(gè)案例都是關(guān)于景觀照明的，但是其積極意義將會(huì)很大影響LED功能性照明。將傳感器和照明控制融為一體，實(shí)現(xiàn)燈光按需分配是綠色照明的終極解決方案。故障反饋?zhàn)詣?dòng)化

隨著智能控制水平的不斷進(jìn)步同時(shí)伴隨人力成本的提升和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的要求提高，人們對(duì)照明系統(tǒng)的的故障反饋有很大的需求，傳統(tǒng)的通過(guò)人的觀測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)的手段無(wú)法滿足需求。需要有自動(dòng)化的故障反饋機(jī)制。故障反饋?zhàn)詣?dòng)化有很多種，下面羅列一些方法。

(一)基于視頻監(jiān)視的全生命維護(hù)系統(tǒng)

在照明系統(tǒng)中并入IP Camra系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程通過(guò)視頻對(duì)燈光控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。服務(wù)器終端可采用人眼觀察或者加入圖像識(shí)別的一些方法來(lái)判斷照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常。

(二)燈具端基于雙向通訊的故障反饋

燈具和集成控制器之間建立雙向通訊，燈具內(nèi)部利用lC監(jiān)控電流、電壓、溫度等參數(shù)來(lái)發(fā)覺(jué)故障，利用雙向通訊及時(shí)向服務(wù)器通報(bào)故障。這一方法是終極方法，但是考慮到引發(fā)的燈具成本，同時(shí)考慮到監(jiān)控電路本身的故障率，目前階段該方案還很不成熟，盡管已有實(shí)際應(yīng)用。

(三)集成控制器端基于雙向通訊的故障反饋

該方法是利用集成控制器來(lái)檢查回路的電流電壓，若電流電壓值和設(shè)定的正常狀態(tài)不符，集成控制器將信號(hào)匯報(bào)服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)計(jì)算來(lái)推斷照明燈具的故障情況。該機(jī)制成本較低，能發(fā)現(xiàn)故障，但是實(shí)現(xiàn)精確的故障判斷還需要進(jìn)一步研究。

上面介紹了幾種故障反饋機(jī)制，也可以利用傳感器網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)降低故障。如下圖圖11所示，利用多個(gè)溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，服務(wù)器根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行管理是不錯(cuò)的方法，成本低，和照明控制電路系統(tǒng)本身對(duì)立，可以避免誤觸發(fā)。

結(jié)論

本論文介紹了LED智能控制的概念，講解了LED智能控制的四大趨勢(shì)，即頂層控制英特網(wǎng)化，供電控制自動(dòng)化，節(jié)能控制交互化以及故障反饋?zhàn)詣?dòng)化，提供一些LED智能控制的方法及案例供業(yè)界參考。